KAIST построил 3D-картину токовых каналов в RRAM и связал их рост с выступами электрода

Исследовательская группа KAIST получила трёхмерное изображение наноразмерных токовых каналов внутри резистивной памяти (RRAM) и выяснила, как поверхность электрода влияет на их формирование, сообщает biz.heraldcorp.com. Работу выполнили профессора Хон Сынбом и Пак Санхи с кафедры материаловедения, в KAIST о ней объявили 12-го числа biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗. Результаты опубликованы онлайн в журнале Nano Letters 11 августа.

RRAM хранит информацию, создавая или разрывая путь для тока. Состояния с током и без тока соответствуют цифровым значениям 0 и 1. Известная проблема в том, что положение и форма канала каждый раз разные, поэтому рабочее напряжение и характеристики памяти нестабильны.

Токовые каналы в форме воронки

Чтобы разобраться, исследователи изучили в трёх измерениях проводящий филамент — сверхтонкий токовый канал, возникающий внутри памяти. Они применили проводящую атомно-силовую микроскопию (C-AFM). После формирования филамента в слое диоксида титана толщиной 10 нм они снимали материал шагами примерно по 0,1 нм, всего 100 раз, и анализировали внутреннюю структуру на каждом шаге.

Филамент оказался воронкообразным: широким вверху и сужающимся к нижнему электроду. Его конец, как правило, соединялся с небольшим выступом на поверхности нижнего платинового электрода. Это наблюдалось во всех пяти филаментах, сформированных в разных местах.

Электрическое поле и кислородные вакансии

Группа пришла к выводу, что электрическое поле концентрируется на малых выступах поверхности электрода и влияет на направление роста филамента. Компьютерное моделирование также показало концентрацию поля вокруг выступов электрода. По описанию исследователей, тонкая структура поверхности электрода служит ориентиром для формирования канала biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗.

Они также проанализировали распределение кислородных вакансий внутри филамента — дефектов, играющих важную роль в его образовании. Анализ показал, что по мере приближения к нижнему электроду вакансии сильнее концентрируются в центре канала. Авторы предполагают, что сужение верхней части также может быть результатом совместного действия образования и перемещения кислородных вакансий.

По словам группы, работа не ограничивается наблюдением 3D-формы филамента: она связывает его форму и положение конца с реальной наноструктурой электрода. Профессор Хон заявил, что учёт структуры поверхности электрода как параметра проектирования станет важной основой для создания более стабильной RRAM следующего поколения.