I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato un design avanzato per una promettente tecnologia di memoria per computer. Victor Zhuo e colleghi hanno sviluppato una memoria ad accesso casuale resistivo (RRAM) che, durante la fabbricazione, non richiede un dannoso processo di formatura ad alta tensione.
"Dimostriamo una cella RRAM senza formatura con basse tensioni di funzionamento, un'ampia finestra di resistenza e un'eccellente stabilità termica, " dice Zhuo.
RRAM è il sistema di memoria non volatile più promettente in quanto mostra funzionalità simili per presentare unità di memoria a stato solido, ma ha una maggiore densità di archiviazione e longevità. I dispositivi RRAM possono essere ridimensionati a meno di 14 nanometri. Offrono anche un meccanismo operativo semplice in cui lo stato di memoria del materiale che corrisponde ai bit utilizzati dai computer è determinato semplicemente dalla resistenza elettrica del dispositivo. Questa resistenza può essere "commutata" per ordini di grandezza, semplicemente utilizzando impulsi di tensione elettrica applicati al dispositivo RRAM.
Il meccanismo di funzionamento rudimentale della RRAM significa che i chip hanno un metodo di fabbricazione semplice. Però, uno svantaggio della fabbricazione della RRAM è che il dispositivo di memoria non si trova in uno dei due stati di resistenza elettrica necessari per il funzionamento. È necessaria un'elevata corrente di formazione per impostare la memoria nello stato corretto:ciò complica la fabbricazione e richiede un ulteriore monitoraggio per eventuali danni.
I ricercatori dell'A*STAR Data Storage Institute e dell'A*STAR Institute of Microelectronics hanno sviluppato un design per il dispositivo che fornisce la memoria nello stato desiderato ed evita l'uso di correnti di formazione.
A livello microscopico, la commutazione di resistenza della RRAM avviene attraverso la migrazione di atomi di ossigeno. Poiché i materiali RRAM sono costituiti da una combinazione di atomi di metallo e ossigeno; la rimozione dell'ossigeno provoca una carenza di ossigeno nel materiale. Questo abbassa la resistenza elettrica del materiale, permettendo alla corrente elettrica di fluire. L'introduzione di ossigeno nel materiale aumenta la sua resistenza elettrica e lo rende un isolante.
I dispositivi RRAM studiati dal team di Zhuo utilizzano ossido di tantalio con contatti elettrici realizzati con nitruro di titanio o tantalio. Quando si utilizza nitruro di titanio, che chimicamente non è molto reattivo, durante la produzione è richiesta una tensione di formatura. Però, quando si utilizza il tantalio chimicamente più reattivo, il dispositivo è subito pronto per l'uso. Il tantalio ha un'affinità naturale per reagire con l'ossigeno che aiuta a preparare il materiale nel giusto stato.
L'obiettivo è quello di dimostrare questo concetto in dispositivi avanzati, aggiunge Zhuo. "Il nostro prossimo passo è integrare i dispositivi di memoria RRAM con un selettore per applicazioni di memoria non volatile ad altissima densità".
