フラッシュメモリを搭載したRAMと同等の高速不揮発性メモリ

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Anonim

共同研究施設のMIPTセンターの研究者は、原子層堆積によって生成された酸化タンタル膜中の酸素濃度を制御する方法を見出した。 これらの薄膜は、新しい形態の不揮発性メモリを作成するための基礎となり得る。 この論文は ACS Applied Materials&Interfaces 誌に掲載されました。

データの保存と処理のソリューションは現代の技術にとって非常に重要なものであるため、多くの研究チームと企業が新しいタイプのコンピュータメモリを追求しています。 彼らの主な目標の1つは、高速RAMとフラッシュドライブの不揮発性を組み合わせた記憶媒体であるユニバーサルメモリを開発することです。

このようなデバイスを作成する有望な技術は、抵抗スイッチングメモリまたはReRAMです。 これは、印加電圧によってメモリセルの抵抗を変化させることによって機能する。 各セルは高抵抗状態と低抵抗状態を有するので、例えば0と1の形で情報を記憶するために使用することができる。

ReRAMセルは、金属 - 誘電体 - 金属構造として実現することができる。 ハフニウムおよびタンタルのような遷移金属の酸化物は、この層状構造の誘電成分として有用であることが判明している。 これらの材料に基づくメモリセルに電圧を印加すると、酸素移動が生じ、抵抗が変化する。 これは、酸化膜中の酸素濃度の分布をメモリセルの機能特性を決定づける重要なパラメータにする。

しかし、ReRAMの開発が大幅に進歩したにもかかわらず、フラッシュメモリは衰退の兆しを見せていません。 これは、フラッシュメモリでは3次元のメモリセルスタッキングが可能になり、記憶密度が大幅に向上するからです。 これに対して、ReRAM設計で通常使用される酸素欠乏膜堆積技術は、機能的な3D構造には適用できない。

それが原子層堆積が起こる場所です

別の技術を見つけるために、MIPTの研究者は原子層堆積法を用いた。これは物質の表面に薄膜を生成する化学プロセスである。 過去10年間で、ALDはナノエレクトロニクス、光学、および生物医学産業における多くのアプリケーションと共にますます広く普及してきました。 原子層堆積には2つの大きな利点がある。 最初のものは、フィルムの厚さに対する前例のない制御である:数ナノメートルの厚さで、数ナノメートルの誤差でフィルムを堆積させることが可能である。 もう1つの利点は、ALDが、現在使用されているナノフィルム堆積技術の大部分で問題となる3-D構造のコンフォーマルなコーティングを可能にすることである。

ALDプロセスでは、基材は前駆体および反応物として知られている2つの化学物質に連続的に暴露される。 これら2つの物質の間の化学反応は、コーティング層を生成する。 前駆体は、コーティングに使用される元素に加えて、例えば、配位子と呼ばれる炭素または塩素の他の化合物を含む。 それらは反応を促進するが、理想的なALDプロセスでは、他の化学物質(反応物)との相互作用が起こったら、結果として得られる膜から完全に除去しなければならない。 原子層堆積に使用するために適切な物質を選択することが不可欠です。 ALDによって酸素濃度が変化する酸化物膜を堆積することは困難であるが、ReRAMにとっては不可欠である。

「酸素欠乏膜を堆積させる際の最も難しい部分は、金属前駆体に含まれる配位子を排除し、得られたコーティング中の酸素含有量を制御することを可能にする適切な反応物を見出すことでした」と物理学の博士号を取得したAndrey Markeev MIPTの主要な研究者でもあります。 「これは、酸素を含むタンタル前駆体と、プラズマ活性水素の形の反応物質を使用することで、これを達成しました。 実験結果を確認すること自体が課題であることが判明した。 実験試料をALD中に収容し、大気に暴露された真空チャンバから取り出したらすぐに、これは誘電体の最上層の改質を引き起こし、電子分光法などの分析技術を用いて酸素欠乏を検出することが不可能になるこれは試料の表面を標的とする。

「この研究では、異なる量の酸素を含むフィルムを取得するだけでなく、これを実験的に確認する必要がありました」と、MIPTのPhD学生であるKonstantin Egorov氏は述べています。 「これを実現するために、私たちのチームはユニークな実験的なクラスターで作業しました。その結果、真空を破ることなく映画を作り、研究することができました。

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