ReRAM - Резистивная память случайного доступа

Мемристорам требуется меньше энергии для работы, они быстрее современных твердотельных накопителей и могут сохранять информацию даже при выключенном питании. Мемристор (сокр. от англ. `memory resistor` – «резистор памяти ») был предложен в качестве четвертого основного элемента электросхемы профессором Университета Калифорнии (Berkeley) Леоном Чуа в 1971г. и впервые реализован на практике разработчиками Лабораторий НР, главного научно-исследовательского подразделения компании, в 2006г.

В начале 2010 года исследователи HP Labs сообщили об открытии, согласно которому мемристоры также могут совершать логические операции. Это позволяет полагать, что устройства, созданные на основе мемристоров, могут изменить сложившуюся парадигму обработки данных при помощи отдельного центрального процессора, позволив в будущем выполнять аналогичные операции прямо на чипах, хранящих информацию.

2024

Феррит никеля поможет создавать микросхемы для энергонезависимых устройств

Учёные из Московского физико-технического института в сотрудничестве с коллегами из Объединённого института высоких температур РАН, а также исследователями из Тайваня и Индонезии обнаружили, что точечные дефекты в кристаллической решетке феррита никеля могут изменить его проводимость. Это открывает перспективы для создания быстродействующих и энергонезависимых электронных устройств, таких как микросхемы резистивной памяти. Об этом МФТИ сообщил 16 декабря 2024 года.

Феррит никеля — это сложный оксид железа и никеля, представляющий собой тёмно-коричневые, нерастворимые в воде кристаллы. Соединение известно своей механической твёрдостью и химической стабильностью, имеет высокое удельное сопротивление и температуру Кюри более 500 C, что позволяет ему выдерживать высокие температуры без изменения фазового состояния и магнитных свойств. 

𝓲

Фото: МФТИ

Это перспективный материал для спинтроники и производства микросхем резистивной памяти. В спиновых устройствах используется не только заряд электрона, но и его спин, создающий магнитное поле. Резистивная память работает со скоростью оперативной, но в то же время сохраняет данные при отключении электропитания, подобно внешнему диску. В основе микросхем резистивной памяти лежит структура: металл — изолятор — металл, – рассказал руководитель лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ Владимир Стегайлов.

Исследование показало, что многие свойства феррита никеля зависят от наличия в кристаллической структуре дефектов, то есть нарушений в периодичности расположения атомов. Ученые применили методы ab initio (методы первопринципных расчетов электронной структуры, которые базируются на аппарате квантовой физики, но не задействуют эмпирические параметры и отличаются математической строгостью) для анализа структуры идеального кристалла феррита никеля и реального, имеющего точечные дефекты.Облачные сервисы для бизнеса: особенности рынка и крупнейшие поставщики. Обзор TAdviser 8 т

Моделирование эффекта орбитального упорядочения и процесса переноса заряда, а также определение ширины запрещенной зоны феррита никеля проводилось в программном пакете VASP, используя теорию функционала электронной плотности.

Плотность квантовых состояний феррита никеля со структурой идеальной (красный цвет) и имеющей точечные дефекты: кислородные и двойные кислородные вакансии (синий и зеленый цвета соответственно) и антисайты никеля (фиолетовый цвет). Источник: Computational Materials Science.

Также исследователи изучили движение поляронов в структуре феррита никеля. Это квазичастицы из электрона и поля поляризации, вызванного деформацией кристаллической решётки. Выяснилось, что поляронная проводимость зависит от наличия в структуре феррита никеля кислородных вакансий и антисайт дефектов, проявляющихся, когда катион никеля занимает место железа.

Ученые установили, что в кристаллах феррита никеля могут образовываться каналы проводимости из двойных кислородных вакансий, что увеличивает дырочную проводимость и уменьшает ширину запрещённой зоны.

Можно ожидать, что сложные первопринципные расчеты электронной структуры феррита никеля и подобных ему материалов будут способствовать разработке быстродействующих и энергонезависимых электронных устройств, – подытожил Владимир Стегайлов.

В России создали платформу для производства памяти, работающей без электроэнергии

В начале марта 2024 года российские специалисты Национального центра физики и математики (НЦФМ) сообщили о разработке единой технологической платформы для интеграции мемристорных устройств в отечественный процесс производства современных кремниевых чипов. Таким образом, в РФ создана возможность для развития направления памяти RRAM.

Технология RRAM предполагает создание резистивной памяти с произвольным доступом. Суть методики заключается в том, что диэлектрики, которые в обычном состоянии имеют очень высокое сопротивление, после приложения определенного напряжения могут сформировать внутри себя проводящие нити низкого сопротивления, и таким образом превратиться в проводник.

𝓲

Фото: Unsplash

Российские ученые разработали и реализовали топологию интегральной схемы для производства энгергонезависимой памяти RRAM на основе сочетания традиционной кремниевой технологии в части управляющих схем и новых технологий хранения информации, разработанных в рамках научной программы НЦФМ. Новая методика позволяет использовать верхние слои металлизации в классических кремниевых микрочипах для размещения в них мемристоров. Это пассивный электрический элемент, способный изменять свое сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда.

Как сообщает ТАСС, ссылаясь на заявления российских ученых, мемристоры могут использоваться для создания аналогов нервных окончаний. Их можно также применять в качестве основы для очень экономичной, но при этом быстрой памяти, которая сочетает в себе энергонезависимость флеш-накопителей и высокую скорость работы оперативной памяти.

Сопротивление мемристора может изменяться в зависимости от прошедшего через него электрического заряда, то есть мемристор «запоминает» количество прошедшего через него заряда и сохраняет эту информацию в виде своего сопротивления. Такие свойства мемристора открывают возможности создания на его основе ячеек долговременной памяти и систем для «вычислений в памяти», причем мемристорные элементы памяти могут быть более компактными и быстрыми, чем элементы современной флеш-памяти, — говорит академик РАН Игорь Каляев, сопредседатель научных направлений НЦФМ.[1]

Смотрите также

• DRAM-память (мировой рынок)
• 3D NAND флэш-память
• Энергонезависимая память (NVRAM Non Volatile Random Access Memory)
• Сегнетоэлектрическая оперативная память (Ferroelectric RAM, FeRAM, FRAM)
• MRAM (magnetoresistive random access memory, магниторезистивная память с произвольным доступом)

Примечания