Исследователи из Университета Лобачевского создали новый вариант мемристора на основе слоистой структуры «металл — оксид — металл». Разработка найдет применение в запоминающих устройствах. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials Technologies.

Мемристоры — это устройства, которые могут изменять сопротивление в зависимости от протекавшего заряда. Наблюдающееся в мемристоре явление гистерезиса позволяет использовать его в качестве ячейки памяти. Предполагается, что в некоторых случая мемристоры смогут заменить транзисторы.

Однако массовому применению мемристивных устройств мешает недостаточная воспроизводимость их параметров. Этот разброс в структурах «металл — оксид — металл» определяется стохастической природой перемещения ионов кислорода или кислородных вакансий вблизи границы раздела металл/оксид и усложняется изменением параметров структур в случае неуправляемого кислородного обмена.

Традиционно, чтобы управлять мемристивным эффектом, ученые формируют специальные концентраторы электрического поля и подбирают структуру материалов и границ раздела в мемристоре. Но обычно при этом технологический процесс сильно усложняется и дорожает.

В новой работе ученые, поддержанные грантом Российского научного фонда, впервые использовали комбинированный подход. Они соединили материалы проводящих электродов с определенным сродством к кислороду и оксидные слои различного состава, а также металлические нанокластеры, которые служили концентраторами электрического поля.

Для своей работы ученые создали многослойную структуру, которая состоит из последовательно расположенных слоев тантала, оксида тантала TaO_x, оксида циркония, допированного иттрием ZrO₂(Y), оксида тантала (V) Ta₂O₅, диоксида титана TiO₂ и нитрида титана TiN.

В ходе исследования созданного материала ученые выяснили, что стабилизации резистивных состояний в нем способствует наличие межзеренных границ в оксиде циркония ZrO₂ как предпочтительных мест для зарождения филаментов, наличие нанокластеров как концентраторов поля в пленке Ta₂O₅ и обмен кислородом между оксидными слоями на границе раздела с TiN.

«Такой подход не требует введения дополнительных операций в технологический процесс изготовления устройств. Однако он позволяет стабилизировать резистивное переключение между нелинейными состояниями в многослойной структуре», — пояснил ведущий автор статьи, заведующий лабораторией в Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского Алексей Михайлов.