(A) Questa è un'illustrazione dell'array RRAM con ciascuna cella di memoria composta da un filamento (interposto tra due elettrodi). Rispetto alla matrice isolante circostante, un certo numero di nanofilamenti si formano all'interno dell'ossido di massa. (B) Questo è un elemento di base di una cella RRAM. Il controllo del campo elettrico porta a diversi stati di resistenza. (C) Viene mostrata la formazione localizzata di filamenti conduttivi in un film sottile di TiO2. A sinistra è mostrata la mappa di conducibilità registrata dal CAFM. La destra mostra la stessa mappatura corrente in 3D. Credito:Yuanmin Du/National U.Singapore
La memoria basata su effetti di "commutazione resistiva" indotta elettricamente ha generato un grande interesse tra gli ingegneri alla ricerca di dispositivi più veloci e più piccoli perché la commutazione resistiva consentirebbe una maggiore densità di memoria.
I ricercatori hanno testato una serie di materiali di ossido per la loro promessa nelle memorie a commutazione resistiva, e ora un team di ricercatori a Singapore ha dimostrato come i nanofilamenti conduttivi nel biossido di titanio amorfo (TiO 2 ) i film sottili potrebbero essere utilizzati per applicazioni di dispositivi di commutazione resistivi.
Yuanmin Du, Andrew Thye Shen Wee e ricercatori dell'Università Nazionale di Singapore e dell'Agenzia per la Scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR) di Singapore, descrivere i loro risultati sulla rivista I progressi dell'AIP .
Come funziona la commutazione resistiva
L'idea di base di un dispositivo di commutazione resistivo è che un ossido, che normalmente funge da isolante, può essere trasformato in un conduttore, creando un filamento su scala nanometrica utilizzando una tensione sufficientemente alta. Con un dispositivo RRAM (Resistive Random-Access Memory) composto da un singolo filamento, due distinti stati di resistenza ("1" e "0") possono essere ottenuti attraverso un semplice processo di rottura e ri-formazione del filamento.
La conduttività dei film sottili di ossido può essere regolata modificando le condizioni di deposizione. "Durante le misurazioni del TiO . amorfo come depositato 2 dispositivi di commutazione resistivi basati, si è riscontrato che i film sottili di ossido hanno inizialmente una buona conduttività. Ciò implica che non è richiesto un processo di inizializzazione di un guasto elettrico elevato, come riportato in molti altri dispositivi di commutazione che utilizzano film sottili di ossido altamente isolanti, " afferma Du. "Gli esperimenti di microscopia a forza atomica conduttiva (CAFM) hanno ulteriormente confermato che è possibile formare filamenti conduttivi in film sottili di ossido attraverso una transizione localizzata da parte di un campo elettrico".
Questo team di ricerca ha applicato sia CAFM che KPFM (Kelvin Probe Force Microscopy), un approccio unico che ha permesso la spiegazione dei fenomeni di commutazione resistiva osservati. Invece di trattare separatamente gli effetti filamentosi e interfacciali come fatto in precedenza, entrambi gli effetti sono stati integrati in un modello di interfaccia a filamento, che potrebbe aiutare a guidare la progettazione di dispositivi basati su RRAM.
L'evidenza di nanofilamenti ad alta densità e uniformemente distribuiti implica che le celle di memoria ad alta densità potrebbero essere realizzate utilizzando tali film sottili di ossido. Tali materiali sono promettenti per applicazioni future. La piccola dimensione del filamento formato offre grandi vantaggi rispetto alla tecnologia attuale, come spiega Du. "Oltre a TiO 2 , crediamo che anche molti altri ossidi potrebbero avere proprietà simili."
