Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0027

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0027
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Название доклада
Разработка элементов энергонезависимой памяти топологии 1T-1R на основе эффекта резистивного переключения в тонких слоях оксидов переходных металлов
Докладчик
Зенкевич Андрей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проведение поисковых научно-исследовательских работ и создание научно-технического задела в области материалов и структур наноразмерных элементов энергонезависимой памяти с резистивным механизмом переключения, создание функциональных ячеек ReRAM топологии 1T-1R, которые демонстрирует высокую скорость считывания, высокое число циклов перезаписи, масштабируемость, низкую энергию переключения, высокую надежность и низкое относительное изменение сопротивления при резистивном переключении одновременно при работе совместно с коммутирующим транзистором, а также прототипа матричного элемента ReRAM топологии 1T-1R.
Основными задачами предлагаемого проекта являются:
– создание физической модели с целью объяснения механизмов переключения в резистивных ячейках памяти на основе тонких оксидных плёнок;
– разработка лабораторного регламента синтеза тонкопленочных структур, демонстрирующих эффект обратимого резистивного переключения, без применения платины и других несовместимых с микроэлектронным производством материалов, для оптимизации параметров резистивных наноразмерных элементов ячеек ReRAM;
– экстракция SPICE-параметров резистивных элементов ячеек ReRAM;
– создание функциональных ячеек ReRAM на основе тонких оксидных плёнок с топологией 1T-1R;
– создание уникального прототипа матричного элемента ReRAM на основе тонких оксидных плёнок с топологией 1T-1R.
В ходе выполнения работы должна быть проведена оптимизация дизайна, толщин и состава слоёв лабораторных образцов функциональных элементов энергонезависимой памяти с целью увеличения времени хранения и количества циклов перезаписи состояний. Выбранные материалы должны обеспечивать количество циклов перезаписи более 105 раз.
Актуальность и новизна исследования
Проведение прикладных научных исследований по данной тематике необходимо для создания альтернативной отечественной технологии производства энергонезависимой памяти, существенно превосходящей доминирующую в настоящее время на рынке «флэш»-память по быстродействию и максимально возможному количеству циклов перезаписи информации.
Описание исследования

Методология проведённых работ заключалась в следующем:

– из обзора литературы выявить и выбрать потенциально подходящие сочетания материалов функциональных слоёв и электродов;

– выбрать функциональные материалы, подходящие для моделирования, в связи с различными существующими в литературе моделями резистивных переключений для различных функциональных материалов;

– разработать эмпирическую модель и промоделировать поведение резистивных элементов ячеек ReRAM с помощью симулятора электронных схем общего назначения;

– на основании полученных данных разработать конструкцию и топологию ячеек памяти 1T-1R с учётом исходных структур с дискретными транзисторами, а так же схемотехническое решение по сопряжению резистивных элементов и коммутирующих транзисторов для формирования дискретных ячеек памяти 1Т-1R;

– разработать программу и методики проведения экспериментальных исследований лабораторных образцов ReRAM для проверки правильности модели поведения резистивных элементов ячеек ReRAM и принятых схемотехнических решений;

– на основе полученных экспериментальных данных и разработанного лабораторного технологического регламента синтеза функциональных элементов энергонезависимой памяти изготовить экспериментальные образцы тестовых кристаллов, содержащие матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R;

– на основе разработанной программы и методики провести экспериментальные исследования экспериментальных образцы тестовых кристаллов, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R, для проверки правильности получаемых результатов.

Результаты исследования

Изготовлены лабораторных образцов ReRAM, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R для отработки и проверки разработанных методов изготовления.
Разработана программа и методика проведения экспериментальных исследований лабораторных образцов ReRAM, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R для выявления оптимальных параметров ячеек памяти. По данным методикам проведены экспериментальные исследования функциональных параметров элементов памяти лабораторных образцов ReRAM, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R. Подтверждено удовлетворение полученных характеристик разрабатываемых ячеек памяти заявленным параметрам.
Разработана конструкция и топология экспериментальных образцов тестовых кристаллов, содержащих матрицы ячеек памяти 1T-1R с учётом исходных структур с дискретными транзисторами, а так же техническая документация на лабораторные образцы ReRAM, содержащие матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R. 
Разработана технология синтеза функциональных элементов энергонезависимой памяти на основе тонкопленочных МДМ-структур для изготовления ячеек памяти топологии 1T-1R.
Разработан лабораторный технологический регламент для синтеза функциональных элементов энергонезависимой памяти на основе тонкопленочных МДМ-структур.
Изготовлены экспериментальные образцы тестовых кристаллов, содержащие матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R для отработки разработанных методов изготовления.
Разработаны программы и методики проведения экспериментальных исследований экспериментальные образцы тестовых кристаллов, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R, и проверки правильности получаемых результатов.
Проведены экспериментальные исследования функциональных параметров элементов памяти экспериментальные образцы тестовых кристаллов, содержащих матрицу ячеек памяти топологии 1T-1R для проверки правильности принятих в процессе разработки научно-технических решений.
Теоретически и экспериментально изучены электронные свойства дефектов оксидных слоев переходных металлов: ZrO2, HfO2 и Hf0,5Zr0,5O2, рассматривающиеся в качестве функциональных слоев в устройствах резистивной энергонезависимой памяти. Установлено, что в этих материалах наиболее характерными точечными дефектами являются вакансии и поливакансии кислорода, для которых исследована атомная и электронная структура. Полученные результаты являются критически важными, с точки зрения, восстановления истинного механизма эффекта обратимого резистивного переключения проводимости, что поможет разработке ячеек памяти с требуемыми спецификациями. 
Проведено сопоставление заявленных в проекте данных для памяти на эффектах резистивного переключения по механизму окислительно-восстановительных реакций и полученных экспериментальных данных поведения резистивных элементов ячеек ReRAM, и подтверждена потенциальная конкурентоспособность заявленных концепций на сегодняшний день.

Практическая значимость исследования
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.