Les scientifiques de l'Université Lobatchevsky ont mis en œuvre une nouvelle variante du dispositif memristif à oxyde métallique, qui est prometteur pour une utilisation dans la RRAM (mémoire à accès aléatoire résistive) et les nouveaux systèmes informatiques, y compris les neuromorphes.

La variabilité (manque de reproductibilité) des paramètres de commutation résistive est le principal défi sur la voie des nouvelles applications des dispositifs memristifs. Cette variabilité des paramètres dans les structures de dispositifs « métal-oxyde-métal » est déterminée par la nature stochastique du processus de migration de l'ion oxygène et/ou des lacunes d'oxygène responsables de l'oxydation et de la réduction des canaux conducteurs (filaments) à proximité de l'interface métal/oxyde. . Elle est également aggravée par la dégradation des paramètres de l'appareil en cas d'échange d'oxygène incontrôlé.

Les approches traditionnelles pour contrôler l'effet memristif comprennent l'utilisation de concentrateurs de champ électrique spéciaux et l'ingénierie des matériaux/interfaces dans la structure du dispositif memristif, qui nécessitent généralement un processus technologique plus complexe pour la fabrication de dispositifs memristifs.

Selon Alexeï Mikhaïlov, responsable du laboratoire UNN PTRI, Les scientifiques de Nijni Novgorod ont pour la première fois utilisé dans leurs travaux une approche qui combine les avantages de l'ingénierie des matériaux et des phénomènes d'auto-organisation à l'échelle nanométrique. Il s'agit d'une combinaison des matériaux des électrodes avec une certaine affinité pour l'oxygène et différentes couches diélectriques, ainsi que l'auto-assemblage de nanoclusters métalliques qui servent de concentrateurs de champ électrique.

"Cette approche ne nécessite aucune opération supplémentaire dans le processus de fabrication de tels dispositifs et démontre un résultat pratiquement important :la stabilisation de la commutation résistive entre les états résistifs non linéaires dans une structure de dispositif multicouche basée sur des films de dioxyde de zirconium stabilisés à l'yttrium avec une concentration donnée d'oxygène et des couches supplémentaires d'oxyde de tantale, " explique Alexeï Mikhaïlov.

Suite à une étude approfondie de la structure et de la composition des matériaux par les scientifiques de l'Université Lobatchevsky, il est possible d'interpréter le résultat obtenu sur la base du concept de formation de filaments avec une partie conductrice centrale dans le ZrO 2 (Y) film et transformations structurelles reproductibles entre un TaO de type rutile plus conducteur X phase et le diélectrique Ta 2 O 5 phase dans le film d'oxyde de tantale sous-jacent sous chauffage Joule de la zone locale à proximité du filament.

La présence de joints de grains dans ZrO 2 (Y) comme sites de nucléation préférés pour les filaments, la présence de nanoclusters comme concentrateurs de champ dans le Ta 2 O 5 film, et l'échange d'oxygène entre les couches d'oxyde à l'interface avec TiN contribuent à la stabilisation des états résistifs.

« Il est important de noter que la structure optimisée a également été implémentée dans le cadre de la puce memristive avec des dispositifs à points croisés et à barres transversales (taille de l'appareil :20 m × 20 m), qui démontrent une commutation robuste et une faible variation des états résistifs (moins de 20%), ce qui ouvre la perspective de programmer des poids memristifs dans de grands réseaux passifs et leur application dans la mise en œuvre matérielle de divers circuits et systèmes fonctionnels basés sur des memristors. Il est prévu que la prochaine étape vers la commercialisation des solutions d'ingénierie proposées consistera à intégrer le réseau de dispositifs memristifs avec la couche CMOS contenant les circuits périphériques et de contrôle, " conclut Alexeï Mikhaïlov.