ЭЛЕМЕНТ ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ МЕМРИСТОРНЫХ НАНОСТРУКТУР

Предполагаемая полезная модель относится к области электроники и вычислительной техники, конкретно к электрически перепрограммируемым запоминающим устройствам и может быть использована при создании интегральных схем с наноразмерными элементами памяти.
Известен аналог заявляемого объекта «элемент flash-памяти электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства» [RU Патент № RU 2402083 С1 от 18 мая 2010 года], содержащий полупроводниковую подложку с выполненными в ней истоком и стоком, между которыми сформированы запоминающий слой и затвор. Принцип работы данной памяти основан на захвате носителей заряда на электронных и дырочных ловушках в запоминающем слое.
Данная конструкция элемента памяти позволяет осуществлять запись, долговременное хранение и считывание информации.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является:
запоминающий слой элемента памяти изготовлен из оксида металла.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: большая занимаемая элементом площадь в следствии использования латерально расположенного канала проводимости, сложность изготовления многослойных структур, необходимость формирования областей стока и истока.
Известен аналог заявляемого объекта «элемент мемристивной памяти на основе транзистора» [US Patent № US 8,507,968 В2 от 13 августа 2013 года], содержащий полупроводниковую подложку, содержащую области стока и
истока, между которыми сформирован канал проводимости, затвор, состоящий из запоминающего слоя и верхнего контактного электрода. Принцип работы данной памяти основан на перераспределении кислородных вакансий в запоминающем слое под действием электрического поля.
Данная конструкция элемента памяти позволяет осуществлять запись, долговременное хранение и считывание информации, а также уменьшить геометрические размеры функционального элемента.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, является: запоминающий слой элемента памяти изготовлен из оксида металла.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: сложный технологический процесс формирования запоминающего слоя, включающий проведение высокоточных операций осаждения двух слоев оксида металла с различной концентрацией кислородных вакансий; большая занимаемая элементом площадь вследствие использования латерально расположенного канала проводимости; необходимость формирования областей стока и истока.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «наноэлектронное устройство памяти на основе мемристоров» [US Patent № US 8,502,343 В1 от 6 августа 2013 года], структура которого состоит из расположенных на подложке нижнего контактного электрода, запоминающего слоя из оксида металла, содержащего области оксида с разными стехиометрическими коэффициентами, легированного магнитным материалом, и верхнего контактного электрода. Принцип работы данного устройства основан на перераспределении кислородных вакансий в запоминающем слое под действием внешнего электрического поля, что приводит к изменению проводимости слоя оксида металла.
Данное наноэлектронное устройство памяти на основе мемристоров позволяет записывать, долгосрочно хранить и удалять информацию при приложении к электродам разности потенциалов.
Признаками наноэлектронного устройства памяти на основе мемристоров, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: запоминающий слой элемента памяти изготовлен из оксида металла, расположенного между двумя электродами, сопротивление которого изменяется при проведении записи и стирании информации.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является изготовление ячеек памяти с использованием сложных операций оптической литографии сплошной пленки запоминающего слоя, в результате чего формируются элементы памяти с достаточно большими геометрическими размерами.
Задача предполагаемой полезной модели - уменьшение геометрических размеров ячеек памяти за счет того, что запоминающий слой выполнен в виде изолированных наноразмерных структур, каждая из которых относится к одной ячейке массива.
Технический результат достигается за счет: использования массива изолированных наноразмерных структур оксида металла, каждая из которых относится к одной ячейке памяти, что позволяет уменьшить геометрические размеры элемента памяти.
Для достижения необходимого технического результата предложен элемент памяти на основе мемристорных наноразмерных структур, состоящий из изолированной подложки, нижнего контактного электрода, запоминающего слоя из сплошной пленки оксида металла и верхнего контактного электрода, отличающийся тем, что запоминающий слой выполнен в виде изолированных наноразмерных структур оксида металла, каждая из которых относится к одной ячейке массива элемента памяти.
На Фиг. 1 приведен общий вид элемента памяти на основе мемристорных наноразмерных структур в виде массива из 16 ячеек памяти. На Фиг. 2 и Фиг. 3 приведены сечения элемента памяти на основе мемристорных наноструктур.
Элемент памяти (Фиг. 1) содержит изолирующую подложку 1, нижние контактные электроды 2, запоминающие оксидные наноразмерные структуры 3 и верхние контактные электроды 4.
Работает элемент памяти следующим образом.
При подаче на верхний контактный электрод 4 импульса порогового напряжения, кислородные вакансии дрейфуют в объеме запоминающего слоя оксида 3 во внешнем электрическом поле, что приводит к снижению контактной разности потенциалов и ширины потенциального барьера на границе нижний контактный электрод-оксид, в результате чего увеличивается ток, протекающий через ячейку памяти между нижним контактным электродом 2 и верхним контактным электродом 4; при подаче на нижний контактный электрод 2, расположенный на изолирующей подложке 1, импульса порогового напряжения кислородные вакансии дрейфуют в объеме запоминающего слоя оксида 3 во внешнем электрическом поле в обратном направлении, что приводит к увеличению контактной разности потенциалов и ширины потенциального барьера на границе нижний контактный электрод-оксид, в результате чего уменьшается ток, протекающий через ячейку памяти между нижним контактным электродом 2 и верхним контактным электродом 4.
Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой элемент памяти на основе мемристорных наноразмерных структур, выполненный в виде массива, состоящего из необходимого количества ячеек памяти, позволяющих записывать, хранить и стирать информацию.
Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемый элемент памяти на основе мемристорных наноразмерных структур позволяет уменьшить геометрические размеры ячеек памяти.