Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка элементов энергонезависимой памяти топологии IT-IR на основе эффекта резистивного переключения в тонких слоях оксидов переходных металлов

Номер контракта: 14.575.21.0027

Руководитель: Зенкевич Андрей Владимирович

Должность: зав. лаб.

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:

Цель проекта:
Создание комплекса научно-технических решений для реализации энергонезависимой памяти на основе эффекта обратимого резистивного переключения (ReRAM) топологии 1T-1R при размещении запоминающих ячеек в слоях металлизации.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Получение технологических решений по созданию функциональных элементов энергонезависимой памяти на основе эффекта обратимого резистивного переключения (ReRAM) при размещении запоминающих ячеек в слоях металлизации топологии 1T-1R (один коммутирующий транзистор - один резистор с управляемым сопротивлением на основе структуры металл-изолятор-металл (МИМ).
2. Получение схемотехнических решений сопряжения резистивных элементов и коммутирующих транзисторов.
3. Разработанные предложения и рекомендации по практическому применению и коммерциализации результатов ПНИ.
4. Разработанный лабораторный технологический регламент синтеза функциональных элементов энергонезависимой памяти на основе тонкопленочных МИМ-структур.
5. Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Создание технологии производства энергонезависимой памяти на основе эффекта обратимого резистивного переключения».

Технические характеристики экспериментальных образцов функциональных элементов энергонезависимой памяти с резистивным переключением:
- напряжение при переключении в низкоомное состояние - от 1 В до 5 В;
- напряжение при переключении в высокоомное состояние - от -1 до - 5 В;
- напряжение при чтении - от - 0,5 до 0,5 В;
- время перезаписи - не более 100 нс;
- число циклов перезаписи - более 100000 раз;
- отношение сопротивлений в высокоомном и низкоомном состоянии - не менее 5 раз;
- время хранения состояния - не менее 10 лет.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Общими требованиями, предъявляемыми к энергонезависимым устройствам памяти, являются высокая плотность записи, низкая стоимость, возможность одновременно быстрой записи и считывания информации, низкое энергопотребление, высокая надёжность с точки зрения числа циклов перезаписи, и достаточно длительное время хранения записанной информации. Доминирующая в настоящее время в энергонезависимых устройствах памяти так называемая технология «флэш» на основе кремния обладает и рядом недостатков, и в недалёком будущем (через 5-8 лет) физические ограничения исчерпают возможности для дальнейшего увеличения плотности упаковки элементов в устройствах, изготовленных по этой технологии. В связи с этим, в последние несколько лет в мире резко активизировались исследования, ставящие своей целью разработку научно-технических основ и экспериментальных прототипов элементов энергонезависимой памяти, функционирование которых основано на альтернативных принципах.
В настоящее время использование эффекта обратимого резистивного переключения рассматривается как одна из наиболее перспективных концепций в связи с возможностью его применения в микросхемах энергонезависимой памяти ReRAM (Resistive Random Access Memory), и превосходящая альтернативные концепции по многим параметрам. Задачей данной ПНИ является создание отечественной технологиии производства энергонезависимой памяти, существенно превосходящей существующую на рынке энергонезависимую «флэш»-память по таким параметрам, как быстродействие и количество циклов перезаписи информации. Параметры экспериментальных образцов функциональных элементов энергонезависимой памяти с резистивным переключением, полученные в ходе ПНИ, позволяют оценить научно-технический уровень разработки как соответствующий мировому уровню работ по данной тематике.
В ходе выполнения ПНИ проводится оптимизация дизайна, состава и толщин слоёв лабораторных образцов функциональных элементов энергонезависимой памяти с целью увеличения времени хранения и количества циклов перезаписи состояний. Выбранные материалы должны обеспечивать количество циклов перезаписи информации более 10**5 раз.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты разработки научно-технических решений и технологических основ для создания альтернативных устройств энергонезависимой памяти с характеристиками, превосходящими по важным параметрам существующие в настоящее время на рынке образцы (Флэш) позволит оценить возможность коммерциализации разрабатываемой технологии.
2. В случае возможности коммерциалиазции- передача (продажа) разработанных технологических регламентов создания функциональных структур ReRAM с применением материалов, совместимых с кремниевой КМОП-технологией в научно-исследовательские и производственные организации, занимающиеся разработками в области микро- и наноэлектроники.
3. Разработки в области альтернативных конкурентоспособных устройств энергонезависимой памяти востребованы на рынке высокотехнологической продукции РФ и должны быть востребованы в рамках программ импортозамещения в стратегических отраслях экономики.

Текущие результаты проекта:
1 Разработана эмпирическая модель поведения резистивных элементов ячеек ReRAM для симулятора электронных схем общего назначения (SPICE-модель)
2 Разработано схемотехническое решение по сопряжению резистивных элементов и коммутирующих транзисторов для формирования дискретных ячеек памяти 1Т-1R.
3 Разработана конструкция и топология ячейки памяти 1T-1R.
4 Изготовлены лабораторных образцов ReRAM, содержащих дискретные элементы памяти с топологией 1T-1R.
5 Разработана программа и методика проведения экспериментальных исследований лабораторных образцов ReRAM, содержащих дискретные ячейки памяти топологии 1T-1R
6 Проведены экспериментальные исследования функциональных параметров элементов памяти лабораторных образцов ReRAM, содержащих дискретные ячейки памяти топологии 1T-1R.
7 Разработано схемотехническое решение по сопряжению резистивных элементов и коммутирующих транзисторов для формирования матрицы ячеек памяти 1Т-1R.
8 Разработана конструкция и топология матрицы ячеек памяти 1T-1R.