Мемристоры — элементы микроэлектроники, способные кардинально увеличить скорость обработки информации и объёмы хранимых данных. Мемристоры могут принципиально изменить компьютерную архитектуру. В будущем микросхемы нанометровых размеров смогут и хранить, и обрабатывать данные, благодаря способности мемристоров «запоминать» пропущенный заряд. Проблема в том, что современные мемристорные устройства ведут себя нестабильно. Поэтому поиск материалов и структур для мемристоров с лучшими свойствами остаётся одним из важных направлений микро- и наноэлектроники.
Для более тонкого анализа и настройки режимов работы мемристорных структур учёные радиофизического и физического факультетов ННГУ предложили метод диагностики по спектру шума электрического тока через контакт зонда атомно-силового микроскопа.
«Мы использовали метод шумовой диагностики для анализа мемристорных структур. Более высокое разрешение и неинвазивность метода позволяют улучшать характеристики приборов российской микроэлектроники, что открывает новые направления исследований. На сегодняшний день — это один из самых простых и безопасных для структуры мемристора способов оценки электрофизических параметров, качества и надежности его материалов», — сообщил доцент радиофизического факультета ННГУ д.ф.-м.н. Алексей Клюев.
В статье, опубликованной в Japanese Journal of Applied Physics, учёные Университета Лобачевского поделились результатами анализа низкочастотного шума мемристора на основе нитрида кремния (Si3N4). Благодаря инертности к влаге и кислороду нитриды рассматриваются как перспективный материал для мемристоров.
«Мемристор, как правило, — это наноплёнка, помещённая между электродами со структурой «металл-диэлектрик-металл». Под напряжением ионы кислорода в диэлектрике начинают перемещаться, а освободившиеся места формируют проводящие каналы, филаменты, которые обеспечивают перенос заряда от электрода к электроду. Количество пропущенного заряда меняет сопротивление мемристора и позволяет ему «запоминать» электрический заряд за счёт изменения свойств структуры», — поясняет Алексей Клюев.
Возможность проконтролировать и детально описать эти процессы позволит сделать работу мемристоров более стабильной.
Между плёнкой нитрида кремния и подложкой учёные наносили подслой оксида кремния толщиной 2 нм, который, как выяснилось, снижает низкочастотный шум, уменьшая, увы, срок службы образца. Это связано с сопротивлением оксидного подслоя, которое приводит к уменьшению тока и диаметра проводящих каналов.
Метод шумовой диагностики позволяет определить флуктуации тока и понять их зависимость от скачков отдельных ионов кислорода внутри и вне проводящих каналов, а также определить число этих ионов. Учёные ННГУ планируют активно использовать его для поиска материалов и структур «идеального» мемристора.
