Резистивная память представляет собой одну из самых простых структур для энергонезависимого хранения данных. Сотрудники лаборатории атомно-слоевого осаждения МФТИ совместно с коллегами из Кореи доказали пользу дефектов электродов в улучшении параметров ячейки памяти ReRAM. Открытие подсказало, как можно значительно увеличить устойчивость ReRAM к износу при заметном снижении потребления.
Источник изображения: МФТИ
Прежде чем продолжить, напомним, что память ReRAM в общем случае представляет собой бутерброд из двух электродов, между которыми расположен материал, по команде меняющий своё сопротивление условно от нуля до бесконечности. Это обратимое и энергонезависимое состояние, что делает память ReRAM идеальной по массе причин. Обычно один из электродов из нитрида титана, а второй — из платины. Но платина плохо совместима с техпроцессом КМОП и учёные в эксперименте заменили сначала верхний электрод на рутений, а потом и нижний.
Опытным путём учёные выяснили, что по мере увеличения толщины рутениевого электрода путём послойного напыления шероховатость его поверхности резко возрастает. Что самое интересное, чем дальше от идеально ровной поверхности, тем лучше оказываются параметры ячейки!
В эксперименте размеры зёрен на поверхности электродов росли от 5 до 70 нм по мере увеличения осаждаемых слоёв. При максимальном их размере напряжение переключения ячейки снижалось, как и снижалось сопротивление материала ячейки памяти, отвечающего за эффект памяти, причём в обоих состояниях — в непроводящем (диэлектрическом) и проводящем. Кроме того, заметно увеличился ресурс устройства, достигая 50 млн циклов перезаписи для случая с наиболее шероховатым электродом.
Чтобы объяснить неожиданный полезный эффект «неидеального электрода» сначала была предложена упрощённая модель, а затем проведено изучение образца с помощью проводящей атомно-силовой микроскопии, которое доказало верность теоретических рассуждений (подробнее см. в статье в издании ACS Applied Materials & Interfaces).
Оказалось, что с использованием «супершероховатых» электродов электрические параметры ячейки ReRAM улучшились благодаря локализации электрического поля на склонах наиболее крупных зерен на поверхности рутения.
«Наши результаты помогут понять, как можно существенно улучшить ячейки памяти нового типа. Увеличение толщины пленки рутения приводит к увеличению шероховатости поверхности электрода. При этом на склонах зерен формируются области локальной концентрации электрического поля, что, в свою очередь, значительно улучшает ключевые характеристики устройства. Результаты дают надежду, что в будущем устройства памяти будут иметь лучшую производительность и надежность», — дополняет Андрей Маркеев, заведующий группой атомно-слоевого осаждения МФТИ.
