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工程为下一代内存性能

在RRAM上正在取得进展,但它仍然没有准备好黄金时间。

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当只有几个电子意味着ON和OFF状态之间的差异时,它是很难制造的记忆元素,具有一致,性能可靠。这是常规电容的存储器面部的临界尺寸下降到几纳米。

结果,设备设计人员正在考虑广泛的替代存储元件。其中最简单的是电阻随机存取存储器(RRAM),也被称为交叉点内存的一个拟议的实现。在ram中,金属-绝缘体-金属结构在OFF状态下具有高电阻,而在ON状态下具有低电阻。这些设备有许多拟议的材料系统;其中一个被研究最多的地方是放置一层HfO2在两个TiN电极之间。在交叉点体系结构中,顶部和底部线层处于直角,从而创建了一个网格。内存元素位于网格的角落。

作为Sematech的研究人员报道2011年,HfO的氧空位2层偏析到晶界。当施加足够大的电流时,晶界形成一个渗透路径,允许电子通过陷阱诱导的隧穿通过材料。Hf-O键沿着这条路径断裂,然后Hf-Hf键形成,最终在顶部和底部电极之间形成一个金属导电丝。这是ON状态。因为它不依赖于储存的电荷,它是非常稳定的。

要将存储器重置为关闭状态,系统施加电流,增加铪灯丝的温度并使其重新氧化。最终,完整的导电路径丢失,电介质再次表现为绝缘体。

RRAM实现具有高可变性和不一致的性能。在纳米级难以控制材料中晶界的分布。此外,介电击穿机构本质上是可变的,这取决于缺陷之间的电子随机运动。

在今年的旧金山材料研究学会春季会议上,研究人员提供用于降低RRAM设备可变性的若干建议。惠普杨在惠普实验室中的约书亚杨是一个更有趣的想法之一。他观察到HFO内的铪和氧离子的运输2材料是复杂的,涉及漂移、电迁移、扩散和其他传输机制。相反,他建议,绝缘层可看作是由富铪导电相和富氧绝缘相组成。通过创建综合,富铪纳米团簇“种子”嵌在HfO中2矩阵,施加电流可以驱动一个相变到另一个的相变。

另外,SEMATECH的Gennadi Bersuker也是如此观察到的,缺氧hfo2层提供了一个预先存在的氧气空位供应,因此是一个预先存在的悬垂铪键的来源。如果氧空位浓度已知,器件的开关特性更容易预测。

ram在简单性、可伸缩性和稳定性方面有明显的优势。但是,稳定的性能对于商用设备来说是必不可少的。这些结果表明,正在取得进展,但仍有许多工作要做。



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