Nanoméretű fázisváltó memóriák időskáláinak kísérleti vizsgálata Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Nanoszerkezetek Tagozat.

Nanoméretű fázisváltó memóriák időskáláinak kísérleti vizsgálata

Helyezés: 2

Hallgató: Fehérvári János Gergő
Szak: Fizika, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazetők: Dr. Halbritter András - tanszékvezető, egyetemi tanár, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar ,
Török Tímea Nóra - doktorandusz, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar

A rezisztív kapcsoló memóriák - memrisztorok - olyan eszközök, amelyekben legalább kettő, nagyságrendileg eltérő vezetőképességű állapotot különböztethetünk meg. A memrisztorok nem-illékony memóriával bírnak, külső energiaforrás nélkül is tárolják az információt, velük ezáltal adattárolás végezhető. A rendszer két állapota közötti, külső feszültség indukálta váltást írásnak nevezzük, ha alacsony vezetőképességű OFF állapotból nagyobb vezetőképességű ON állapotba érkezünk, és törlésnek, ha fordítva. A rendszer elektromos ellenállása kis feszültségen mérhető, ez az olvasás művelet. Ezen túl – a gerjesztő jelalakok hosszának és amplitúdójának megfelelő megválasztása mellett – elérhető kisebb léptékű vezetőképesség-változás is. Ezt nevezik többszintű programozhatóságnak, aminek komoly szerepe van hardverszintű analóg memóriát igénylő alkalmazási területeken [1].

A rezisztív kapcsoló memóriák egy alcsoportját képezik az úgynevezett fázisváltó memóriák. Egy ilyen memóriacellában két elektródát és egy közé szendvicselt anyagot találunk. A kitöltő anyag kristályos vagy amorf állapotához jól elkülöníthető vezetőképesség-értékek tartoznak, a kettő közötti váltáshoz szükséges anyagszerkezeti változások előidézhetőek az elektródákra kapcsolt feszültségpulzusok segítségével. Jelen dolgozatban grafén elektródás szilícium-oxid memrisztorokat vizsgáltam. A fázisváltó memóriákat jellemző karakterisztikus írási- és törlési idők mellett megfigyelhető az ún. holtidő is, ami azt az időtartamot jelenti, ameddig egy törlés után nem lehet újra írni az eszközt [2].

A szilícium-oxid memrisztorokkal végzett kísérleti munkám során feltártam, hogy az eszközök írási ideje exponenciális eloszlást követ, ami hosszabb időskálákon log-normálissá torzulhat. Az írási idő gerjesztési paraméterektől való függését vizsgálva összefüggést találtam a ki- és bekapcsoló feszültségpulzusok nagysága, az írási idő és az OFF állapoti ellenállás között, illetve vizsgáltam a memrisztorok ON állapotainak többszintű programozhatóságát. A kikapcsolás amorfizációs folyamatát követő vezetőképesség-relaxációs jelenséget sikerült megfigyelnem a holtidőben végzett ellenállásmérésekkel.

Irodalom:
1. Stefano Ambrogio, et. al. Equivalent-accuracy accelerated neural-network training using analogue memory. Nature, 558, (2018).
2. László Pósa, et. al. Multiple Physical Time Scales and Dead Time Rule in Few-Nanometers Sized Graphene–SiO_x–Graphene Memristors. Nano Letters, 17, 11, 6783-6789, (2017).