Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Создание энергонезависимых мемристивных структур и исследование их электрофизических характеристик

Игитян, Арсен Сергеевич (2018) Создание энергонезависимых мемристивных структур и исследование их электрофизических характеристик. PhD thesis, Российско-Армянский (Славянский) университет.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3762Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1933Kb) | Preview

      Abstract

      Мемристор - новый тип энергонезависимой памяти, основанный на изменении сопротивления в зависимости от протекающего по нему тока и является прототипом нового резистивного запоминающего устройства - RRAM (resistive random-access memory) [1–4]. Мемристор хранит информацию в виде значения электрического сопротивления, а не электрического заряда как флеш-память и динамическая RAM, что способствует стабильности, повышению плотности и скорости записи данных. Память, основанная на подобных структурах может быть организована в виде многослойной 3D структуры (кроссбар), позволяющей реализовать терробайтовый объем памяти и использоваться в маломощных масштабируемых системах, комбинированных мемристор-CMOS чипах. Память RRAM может вместить 1 ТБ данных в чип площадью 200 кв. мм, работает в 20 раз быстрее по сравнению с NAND-памятью и обладает в 10 раз большим сроком службы. Время чтения RRAM составляет 10–60 нс, время записи и стирания – около 1–6 нс, когда современная Flash память на кремнии имеет скорость записи десятки-сотни микросекунд. Мемристоры способны не только хранить информацию, но и совершать логические операции, выполнять функции ОЗУ и постоянного хранилища наподобие flash-памяти, и, следовательно, устройства, созданные на их основе, могут выполнять операции прямо на чипах, хранящих информацию. Этот прогресс может сделать возможным разработку компьютерных систем новой архитектуры с памятью, которая позволит в десятки раз повысить плотность хранения данных при многократном увеличении производительности и снижении энергопотребления. Одно из приложений исследования мемристоров может быть создание нового вида компьютерной памяти, которая дополнит, а затем и вытеснит широко распространенную динамическую ОЗУ (DRAM). Компьютеры с DRAM-памятью не имеют возможности сохранить информацию при отключении электрического питания и для запуска компьютера необходим процесс загрузки данных с магнитных дисков, что употребит дополнительную энергию. В отличие от этого, компьютер, основанный на мемристорах будет сохранять информацию после отключения энергии и не потребует процесса загрузки, сокращая потребление энергии и время. Энергонезависимая память типа NAND-флеш имеет сравнительно низкую устойчивость к износу. По мере снижения топологических норм производства интегральных микросхем износ увеличивается. Используются альтернативные типы энергонезависимой памяти - PRAM (фазовая) или MRAM (магниторезистивная), но у этих типов памяти слишком низкая плотность записи. В этой связи реальным кандидатом на роль NAND-флеш претендует резистивная память RRAМ. Кроме того, схемы, созданные на основе мемристора, максимально точно имитируют работу синапса головного мозга, т.е. являются потенциальными элементами для создания искусственного мозга. Աշխատանքի նպատակն է ZnOLi սեգնետոէլեկտրիկ և կիսահաղորդիչ թաղանթների և La₂O₃-OH թաղանթների վրա հիմնված կառուցվածքներում ռեզիստիվ փոխարկման մեխանիզմով էնեգաանկախ հիշողության տարրերի մշակումը։ ZnOLi և La₂O₃-OH բարակ թաղանթների սինթեզման օպտիմալացում էլեկտրոնա–ճառագայթային մեթոդներով և էլեկտրոդների նստեցման մեթոդների մշակում գոյություն ունեցող տեխնոլոգիաներով։ ZnOLi և La₂O₃-OH թաղանթների վրա հիմնված ՄՕՄ և ՄՕԿ կառուցվածքային, տրանսպորտային և օպտիկական հատկությունների ուսումնասիրություն՝ կախված էլեկտրոդների նյութից և խառնուրդների պարունակությունից։ Մեմրիստորների հիմնական բնութագրերի որոշում. ինֆորմացիայի պահպանման ժամանակ, դիմադրության փոփոխության ինտերվալ, առանց դեգրադացիայի վերագրանցման ցիկլերի քանակ։ Ռեզիստիվ փոխարկման և էլեկտրոնային փոխադրման մեխանիզմի որոշումը ՄՕՄ և ՄՕԿ կառուցվածքներում Օպտիմալ RRAM պարամետրերով կառուցվածքների բացահայտում։ Պաշտպանության ներկայացվող հիմնական դրույթները ZnO₁Li/LaB₆ և ZnO₁₀Li/LaB₆ վրա հիմնված ՄՕՄ կառուցվածքներում ԲՌՓ մեխանիզմը հիմնված է տարածական լիցքով սահմանափակ հոսանքի վրա (ՏԼՍՀ) և կախված է էլեկտրոդների նյութից ու կոնտակտների վրա ֆիզիկաքիմիական պրոցեսներից: Երկշերտ Au/p-ZnO₁₀Li/n-ZnO₁Li/LaB₆ հետերոկառուցվածքը օժտված է ԲՌՓ-ով, որը տեղի է ունենում այդ շերտերով գոյացած p-n անցման վրա։ Կայուն ԲՌՓ Au/p-ZnO₁₀Li/FTO կառուցվածքում և հոսանքի ժամանակային բնութագրի ինվերսիա Ag/p-ZnO₁₀Li/FTO համակարգում։ Բացասական դիֆերենցիալ հաղորդականություն (ԲԴՀ) Al/La₂O₃-OH/Si կառուցվածքներում, ինչը բացատրվում է պրոտոնային հաղորդականությամբ՝ հիդրոքսիլ խմբերի դիսոցացման պատճառով։ (100)LaB₆ թաղանթների ջերմային օքսիդացումը՝ որպես c-La₂O թաղանթների ստացման եղանակներից մեկը։ The development of non-volatile memory with resistive switching mechanism in the structures based on ferroelectric and semiconductor ZnOLi և La₂O₃-OH films. The tasks of the study Optimization of synthesis of the La₂O₃-OH and ZnOLi films with e-beam evaporation method and adjustment of electrode deposition option according to existing technologies. The measurement of structural, transport and optical characteristics of the MOM and MOS structures based on ZnOLi and La₂O₃-OH films depending on the impurity content and electrode materials to reveal new resistive memory elements. Determination of the main characteristics of memristors: the data retention time, the ratio of resistance change, resistance switching current, and the number of write/erase that could happen without element degradation. Study of the mechanisms of resistive switching and electric transport in the MOM and MOS structure in different resistance states. Revelation of structures with optimal RRAM parameters. The main statements The conduction mechanism of BRS in the MOM structures based on ZnO1Li/LaB6 и ZnO10Li/LaB6 is described by space-charge limited current (SCLC) and depends on electrode materials and physiochemical processes at contacts. The double layer heterostructure Au/p- ZnO1Li/n- ZnO1Li/LaB6 has a BRS, and it happens on p-n junction formed by these layers. Stable BRS in the Au/p-ZnO10Li/FTO structure and inversion of current-time characteristics in the Ag/p-ZnO10Li/FTO. Negative differential conductance (NDC) in the Al/La2O3-OH/Si structures, explained by protonic conduction caused by dissociation of hydroxyl groups. Thermal oxidation of (100)LaB6 films as one of the approaches to obtain thin layers of с-La2O3. For the first time, the following results are obtained: The bipolar RS (BRS) without electroforming in М/n-ZnO1Li/LaB6 (M=Ag, Al, Au), where the current and voltage of writing and erasing increase with the increasing of electron work function of the top electrodes. The unipolar RS (URS) and monostable threshold switching in the structures M/р-ZnO10Li/LaB6 (М=Al, Ag) depending on the polarity of applied electric field, which means at negative bias voltage the structure acts as access element (diode), and at positive bias acts as resistive memory elements (1D/1R). BRS at the p-n junction of ZnO₁₀Li/ZnO₁₀Li/Li with highly stable memristor effect. BRS in Au/p-ZnO₁₀Li/FTO FTO structures with 103 switching cycles and SCLC mechanism. Change of the polarity of BRS switching (inversion) Ag/ZnO10Li/FTO depending on the applied voltage value. The М/p- ZnO10Li//Pt structure demonstrates URS with 5×102 resistance ration and with application of low voltages of 0.8/0.4 V.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Էներգաանկախ մեմրիստորային կառուցվածքների ստեղծումը և դրանց էլեկտրաֆիզիկական հատկությունների ուսումնասիրումը: The creation of non-volatile memristive structures and investigation of their electrophysical properties.
      Uncontrolled Keywords: Իգիթյան Արսեն Սերգեյի, Igityan A.
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 12 Sep 2018 12:06
      Last Modified: 17 Sep 2018 16:05
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/7626

      Actions (login required)

      View Item