Des chercheurs du Centre des installations de recherche partagées du MIPT ont trouvé un moyen de contrôler la concentration d'oxygène dans les films d'oxyde de tantale produits par dépôt de couche atomique. Ces couches minces pourraient servir de base à la création de nouvelles formes de mémoire non volatile. L'article a été publié dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS .

Parce que les solutions de stockage et de traitement des données sont au cœur de la technologie moderne, de nombreuses équipes de recherche et entreprises recherchent de nouveaux types de mémoire informatique. L'un de leurs principaux objectifs est de développer une mémoire universelle, un support de stockage qui combinerait la vitesse élevée de la RAM avec la non-volatilité d'un lecteur flash.

Une technologie prometteuse pour créer un tel dispositif est la mémoire à commutation résistive, ou ReRAM. Il fonctionne en modifiant la résistance à travers une cellule de mémoire via une tension appliquée. Étant donné que chaque cellule a un état de résistance élevée et faible, il peut être utilisé pour stocker des informations, par exemple., sous forme de zéros et de uns.

Une cellule ReRAM peut être réalisée sous la forme d'une structure métal-diélectrique-métal. Les oxydes de métaux de transition tels que l'hafnium et le tantale se sont avérés utiles en tant que composant diélectrique de cette structure en couches. L'application d'une tension à une cellule mémoire basée sur ces matériaux provoque une migration d'oxygène, changer sa résistance. Cela fait de la répartition de la concentration en oxygène dans le film d'oxyde un paramètre crucial déterminant les propriétés fonctionnelles de la cellule mémoire.

Cependant, malgré des avancées significatives dans le développement de ReRAM, la mémoire flash ne montre aucun signe de perte de terrain. La raison en est que la mémoire flash permet un empilement de cellules de mémoire en trois dimensions, ce qui permet une densité de stockage beaucoup plus importante. En contraste avec ceci, Les techniques de dépôt de film déficient en oxygène normalement utilisées dans les conceptions ReRAM ne sont pas applicables aux architectures 3D fonctionnelles.

C'est là qu'intervient le dépôt de couche atomique

Dans le but de trouver une technique alternative, Les chercheurs du MIPT se sont tournés vers le dépôt de couche atomique, un processus chimique par lequel des films minces peuvent être produits à la surface d'un matériau. Au cours de la dernière décennie, L'ALD est devenue de plus en plus répandue, avec de nombreuses applications en nanoélectronique, optique, et l'industrie biomédicale. Le dépôt par couche atomique présente deux avantages majeurs. Le premier est un contrôle sans précédent de l'épaisseur des films :il est possible de déposer des films de plusieurs nanomètres d'épaisseur avec une erreur d'une fraction de nanomètre. L'autre avantage est que l'ALD permet le revêtement conforme de structures 3D, ce qui est problématique pour la plupart des techniques de dépôt de nanofilms actuellement utilisées.

Dans un processus ALD, un substrat est successivement exposé à deux produits chimiques connus sous le nom de précurseur et de réactif. C'est la réaction chimique entre ces deux substances qui produit une couche de revêtement. En plus de l'élément utilisé dans le revêtement, les précurseurs contiennent d'autres composés, par exemple, de carbone ou de chlore, appelés ligands. Ils facilitent la réaction mais, dans un processus ALD idéal, doivent être complètement retirés du film résultant une fois que l'interaction avec l'autre produit chimique (réactif) s'est produite. Il est essentiel de choisir les bonnes substances à utiliser dans le dépôt par couche atomique. Bien qu'il s'avère difficile de déposer des films d'oxyde à concentration variable en oxygène par ALD, ils sont essentiels pour ReRAM.

« Le plus difficile dans le dépôt de films pauvres en oxygène a été de trouver les bons réactifs qui permettraient à la fois d'éliminer les ligands contenus dans le précurseur métallique et de contrôler la teneur en oxygène du revêtement résultant, " dit Andrey Markeev, qui détient un doctorat en physique et mathématiques et est un chercheur de premier plan au MIPT. "Nous y sommes parvenus en utilisant un précurseur de tantale, qui contient par lui-même de l'oxygène, et un réactif sous forme d'hydrogène activé par plasma." Confirmer les résultats expérimentaux s'est avéré être un défi en soi. Dès que l'échantillon expérimental est retiré de la chambre à vide, qui l'héberge pendant l'ALD, et exposé à l'atmosphère, cela provoque des modifications dans la couche supérieure du diélectrique, rendant impossible la détection d'un manque d'oxygène à l'aide de techniques analytiques telles que la spectroscopie électronique, qui ciblent la surface de l'échantillon.

"Dans cette étude, nous avions besoin non seulement d'obtenir les films contenant différentes quantités d'oxygène mais aussi de le confirmer expérimentalement, " dit Konstantin Egorov, doctorant au MIPT. "Pour faire ça, notre équipe a travaillé avec un cluster expérimental unique, ce qui nous a permis de faire pousser des films et de les étudier sans casser le vide."