Ultragyors memrisztív kapcsolások kísérleti vizsgálata Nb2O5 nanokontaktusokban
Az utóbbi időben növekszik az egyre gyorsabb és kisebb méretű memóriák iránti igény. A CMOS alapú memóriaeszközök korlátait meghaladó lehetőségeket kínálnak a memrisztorok nanométeres méretskálával és nanoszekundumos kapcsolási sebességgel. A memrisztorok memóriáját - ami ellenállás-változáson alapul - egy küszöbértéket meghaladó feszültséggel lehet írni. A kiolvasás ennél alacsonyabb feszültségszinteken történik, ami nem változtat az eszköz ellenállásán. Az effektus bipoláris, azaz ellentétes polaritású feszültséggel az eszköz visszakapcsolható eredeti állapotába. Az analóg módon hangolható ellenállás állapotok, valamint azok feszültségmeghajtástól függő tanulási és felejtési tulajdonságai lehetőséget adnak neurális hálózatok modellezésére is [1].
Elektrolízissel 40 nm vastagságú oxidréteget növesztettünk szilícium hordozón katódporlasztással előállított nióbiumra. A mintákat STM-szerű összeállításban vizsgáltuk. Egy vékony tűvel a mintán nanokontaktust hoztunk létre, amelyen különféle meghajtó jelek mellett vizsgáltuk az ellenállás változását.
A mérések során az alapjelenség megmutatása után vizsgáltuk az egyre gyorsabb kapcsolási jelenségeket. Megfigyeltük, hogy egy kontaktuson a kapcsolási idő csökkentésekor nagyobb feszültség-amplitúdókat kell alkalmazni ahhoz, hogy ne csökkenjen a két állapot (ON és OFF) ellenállásainak aránya. Ez az arány a méréseink során jellemzően 1 és 10 között volt. A leghosszabb kapcsoló jelek néhány másodperces periódusidejű háromszögjelek voltak, a legrövidebb jel 0,5 ns széles feszültségpulzus volt. Ez lehetővé teszi GHz-es frekvencián az írást. A nanokontaktusokat a visszacsatolás nélküli STM rendszer stabilitási határain belül stabilan tudtuk két állapot között kapcsolni, ami 11 nagyságrenddel hosszabb idő a legrövidebb elért kapcsolás idejénél. Az ellenállás változásának nemlineáris dinamikáját 20 ms széles pulzussal 10 ns-tól kezdve 6 nagyságrenden keresztül vizsgáltuk.
Az eredményeink ígéretesek egy nióbium-oxid alapú memóriaeszköz megalkotása szempontjából, mivel a nióbium-oxid teljesíti a nem-illékony memóriákra vonatkozó legfőbb követelményeket [2].
Irodalom:
[1] S. H. Jo, T. Chang, I. Ebong, B. B. Bhadviya, P. Mazumder, and W. Lu. Nanoscale Memristor Device as Synapse in Neuromorphic Systems. Nano Letters, 10, 1297 (2010).
[2] R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, and K. Szot. Redox-Based Resistive Switching Memories – Nanoionic Mechanisms, Prospects, and Challenges. Advanced Materials 21, 2632 (2009).
szerzők
-
Molnár Dániel
Fizika alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Török Tímea Nóra
Fizika alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Csontos Miklós
tudományos főmunkatárs, Fizika Tanszék
