Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0096

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0096
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Название доклада
Разработка конструктивно-технологических решений, анализ и исследование элементов перспективных типов памяти нового поколения большой емкости типа фазовой (PCM), сегнетоэлектрической (FRAM), магниторезистивной (MRAM)
Докладчик
Бабич Алексей Вальтерович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка комплекса научно-технических решений по созданию энергонезависимой памяти нового поколения типа MRAM, FRAM и PCM большой емкости.
Актуальность и новизна исследования
На сегодняшний день из всех разрабатываемых перспективных видов памяти нового поколения (FRAM, MRAM, PCM, RRAM) фазовая память обладает одними из наилучших экономических показателей, что делает ее привлекательной для промышленного производства.
Описание исследования

В ходе выполнения проекта использовались технологическая инфраструктура и современное метрологическое обеспечение, включающее уникальные научные установки, оборудование и высокоточную приборную базу, разработанные, в том числе, исполнителями проекта, и имеющееся в Центрах коллективного пользования.

Получение тонких пленок методом вакуумно-термического испарения проводилось на установке УВН-2М-1 с использованием вакуумметра МЕРАДАТ-ВИТ19ИТ2.

Привлечение соисполнителя Закрытого акционерного общества «Институт точной технологии и проектирования» (ЗАО «ИТТП») по договору позволило выполнить исследования на тему «Разработка конструктивно-технологических решений создания энергонезависимой памяти нового поколения типа PCM большой емкости», а именно:

- разработать конструктивно-технологические решения по изготовлению многослойных структур ячеек памяти на основе материалов с обратимым фазовым переходом типа РСМ;

- разработать схему топологическую для многослойной структуры ячейки памяти типа PCM;

- разработать схему электрическую принципиальную для многослойной структуры ячейки памяти типа PCM;

- разработать технологические решения по изготовлению многослойных структур ячеек памяти на основе материалов с обратимым фазовым переходом типа РСМ;

- разработать лабораторный технологический регламент изготовления многослойных структур ячеек памяти типа PCM для создания энергонезависимой памяти нового поколения большой емкости;

- изготовить многослойные структуры ячеек памяти на основе материалов с обратимым фазовым переходом типа РСМ.

Оборудование Центра коллективного пользования «Электронные приборы и оборудование» (ЦКП ПКЭП) МИЭТ (камера тепла/холода с набором функций и программным обеспечением ТЭК 50/60, многофункциональный калибратор Fluke 9100E, мультиметр Agilent 34401A) было применено для калибровки температурных датчиков M222 Pt1000. Использование данных калиброванных датчиков позволило с высоко точностью контролировать температуру образцов в процессе осаждения Al, W, TiN, SiO2.

Контроль морфологии поверхности тонких пленок и структур проводился с использованием атомно-силовой микроскоп NT-MDT Solver Pro (ЦКП «Региональный Центр зондовой микроскопии коллективного пользования (РЦЗМкп) Рязанского государственного радиотехнического университета»). Для контроля свойств осажденных тонких пленок при изготовлении экспериментальных образцов структур, содержащих многослойные структуры ячеек памяти типа PCM, использовалась также уникальная научная установка «Многофункциональный комплекс для формирования и исследования параметров тонких пленок» Рязанского государственного радиотехнического университета.

Контроль морфологии поверхности тонких пленок и структур проводился также с использованием растрового электронного микроскопа Helios NanoLab «Диагностика и модификация микроструктур и нанообъектов» (ЦКП ДММН) МИЭТ.

Использовались также уникальные научные установки «Учебно-производственный комплекс мелкосерийное производство высокотехнологичноцй продукции с автоматизированной системой управления» (УНУ НИЯУ МИФИ) Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» при подготовке сформированных с использованием разработанных фотошаблонов тестовых структур к исследованиям и «Лазерные методы исследования конденсированных сред, биологических объектов и мониторинга окружающей среды (ЛАМИ)» Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук для контроля тестовых структур при формировании многослойные структуры ячеек памяти.

Результаты исследования

1. Проведена оценка рынка запоминающих энергонезависимых устройств. Рассмотрены принципы действия и перспективы разработки нового поколения энергонезависимой памяти типа MRAMFRAMPCM. Рассмотрены перспективные структуры ячеек фазовой памяти.

2. Сделан выбор перспективных материалов для энергонезависимой памяти нового поколения типа FRAM и MRAM по результатам аналитического обзора научно-технической литературы перспективных материалов и их структур. 

3. Сделан выбор наиболее оптимального варианта конструкции ячеек памяти типа FRAM и MRAM.

4. Проведены комплексные исследования свойств тонких пленок перспективных материалов и экспериментальных структур на их основе, включая оптические, термические, электрофизические, структурные свойства, исследование морфологии поверхности и химического состава.

5. Установлены принципы эффективного управления свойствами материалов фазовой памяти.

6. Показано, что по совокупности свойств (температуре кристаллизации и плавления, стабильности свойств, времени фазового перехода, количеству возможных циклов запись/стирание) наиболее перспективным является соединение Ge2Sb2Te5.

7. Разработаны технологические решения по изготовлению многослойных структур ячеек памяти на основе материалов с обратимым фазовым переходом типа РСМ.

8. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы структур, содержащих многослойные структуры ячеек памяти типа PCM для создания энергонезависимой памяти нового поколения большой емкости.

9. Разработан лабораторный технологический регламент изготовления многослойных структур ячеек памяти типа PCM.

10. Разработана программа и методика проведения исследований экспериментальных образцов структур, содержащих многослойные структуры ячеек памяти типа PCM.

11. Проведены исследования экспериментальных образцов структур, содержащих многослойные структуры ячеек памяти типа PCM. Установлено, что при достижении порогового значения напряжения Uth = 3,6 В (Eth ≈ 2,4·105 В/см) происходит электрическое переключение активной области из высокоомного состояния в низкоомное. Повторные измерения, показали, что активная область сохраняет низкоомное состояние.

Практическая значимость исследования
Разработка технологии создания энергонезависимой памяти нового поколения и запуск ее производства должно обеспечить не только замещение уже используемой NAND-флэш на рынке, но и заполнение новых секторов, где NAND-флэш в силу своих недостатков не может применяться, например, из-за низкой радиационной стойкости в военной, космической технике и атомной промышленности, или из-за низкой скорости записи информации в качестве динамической памяти. Широта практического применения результатов работы определяется тем, что фазовая память подходит для целого спектра применений: от электронной техники массового потребления (мобильные телефоны, плееры, цифровые фото- и видеокамеры, ноутбуки, смартфоны, планшеты и т.д.) до приборов, предназначенных для авиастроения, космической отрасли, военной техники и т.д. При этом за счет высокой скорости записи информации, устройства фазовой памяти могут быть использованы не только как постоянные запоминающие устройства, но и как оперативные.
Устройства фазовой памяти, в отличие от широко распространенного вида памяти DRAM, является энергонезависимой и поэтому может использоваться в качестве архивной. По сравнению с широко распространенной флэш-памятью фазовая память имеют большее число циклов запись/стирание, скорость обработки данных, радиационную стойкость масштабируемость и меньшую стоимость.