Механизм переключения и технологию изготовления элемента памяти мемристорного типа разрабатывают ученые ТУСУРа в рамках реализации программы развития «Приоритет 2030».
Мемристорные элементы могут составить основу технологии создания инновационных электронных устройств: энергонезависимых интегральных схем памяти, программируемых логических интегральных схем и нейронов нового поколения.
«Резистивная память с произвольным доступом (Resistive Random Acces Memory, RRAM) рассматривается специалистами в области информационных технологий в качестве наилучшего кандидата на звание компьютерной памяти следующего поколения. Построение интегральных схем памяти по матричному типу позволит создать память с высокой плотностью - на порядок большей, чем у флеш-памяти, с более низкими рабочими напряжениями и высокой стабильностью параметров во времени», - отметил руководитель проекта профессор Павел Ефимович Троян.
Мемристор - элемент, сопротивление которого можно изменить воздействием напряжения, при этом после отключения напряжения сохраняется очень длительное время сопротивление, соответствующее напряжению при отключении. Мемристор – это резистор с энергонезависимой памятью номинала сопротивления.
В мемристоре присутствует два основных состояния: состояния высокого сопротивления (Roff) и высокой проводимости (Ron). При этом основным качественным показателем структуры является отношение Roff/Ron, чем оно выше, тем качественнее меристор при условии его временной стабильности.
Конструктивно мемристорный элемент памяти представляет из себя туннельно-связанную структуру металл-диэлектрик-металл (МДМ), с толщиной слоя диэлектрика в диапазоне 10-80 нм и электродов толщиной 20-50 нм. При изготовлении матричной структуры из нижних металлических электродов и перпендикулярных к ним верхних электродов с шириной порядка 50 нм и шагом 50 нм на 1 см2 подложки можно сформировать порядка 1010 элементов памяти. Все это позволяет уменьшить размеры устройства до нанометровых, а время срабатывания — до наносекунд, а это означает, что мемристор — крайне перспективный элемент для электронных схем новой архитектуры, в которых важнейшими характеристиками станут быстродействие, энергоемкость и надежность.
Основные проблемы, затрудняющие сегодня практическое использование мемристоров, заключаются в поиске материалов и разработке технологии изготовления мемристоров нанометровых размеров (менее 30–50 нм), которая обеспечивала бы стабильность и воспроизводимость их параметров при требуемом числе циклов перезаписи порядка 1014.
Ученые ТУСУРа предлагают использовать новые перспективные материалы, а также модификацию уже используемых в мировой практике для решения такой сложной задачи. В качестве таких материалов можно выделить диоксид циркония, модифицированный пентаоксид тантала, а также их комбинации.
Мемристорные элементы могут составить основу технологии создания инновационных электронных устройств: энергонезависимых интегральных схем памяти, программируемых логических интегральных схем и нейронов нового поколения.
Интерес к новой активно развивающейся технологии сулит рынку мемристоров крайне высокие темпы роста и, по оценкам экспертов, к 2024 году рынок будет оцениваться в 8/9 млрд долларов, а ежегодный прирост их производства составит более 80%. Корпорации, которые в ближайшие 5-7 лет начнут серийный выпуск таких устройств, активно готовятся к борьбе за спрос потребителей. По прогнозам экспертов к 2030 г. этот сегмент рынка будет оцениваться более чем в 93 млрд. долларов США. Ученые ТУСУРа, имеющие значительные наработки в области тонкоплёночной электроники ставят перед собой амбициозные задачи, заключающиеся в разработке мемристорных элементов памяти и занятии Россией лидирующих позиций в этом сегменте рынка.
