Интеграция плоских мемристоров с КМОП-схемами

Гибридные схемы мемристоров и комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП) весьма перспективны для создания следующих поколений памяти, логики и нетрадиционных вычислительных приложений. Исследователи из Университета Массачусетса, Амхерст, встроили плоское мемристорное устройство на верхнюю поверхность КМОП-подложки с использованием нанолитографии. Это прокладывает путь к гибридным схемам, которые включают КМОП-наноустройства со сверхнизким питанием.

Многообещающие перспективы гибридных схем мемристоров и КМОП омрачает тот факт, что производительность устройства из мемристоров должна соответствовать производительности КМОП-схем. Устройства с плоской геометрией могут быть использованы для устранения изгибов на переходах и достижения желаемых условий работы. Исследователи показали, что плоское устройство может значительно уменьшить рабочее напряжение и значительно улучшить согласованность переключения. Обе эти характеристики очень важны для гибридной схемы. Ученые продемонстрировали, что такие плоские устройства могут быть встроены непосредственно в верхнюю поверхность схемы КМОП и имеют стабильную производительность.

Устройство с плоской геометрией формируются путем профилирования поверхности с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Точное управление процессом, например, сухие условия травления и скорость осаждения металла, является ключом к достижению такой плоской геометрии. Статистический анализ производительности устройств с различной геометрией показал существенное улучшение при использовании плоской геометрии. Между тем, за счет включения более толстых электродов достигаются более низкие напряжения формирователей и переключателей и лучшая однородность переключения. Это возможно только при использовании плоской геометрии. Более толстые электроды также уменьшают последовательное сопротивление длинных межсоединений в гибридной цепи, что позволит создавать более быстрые цепи с низким энергопотреблением.

Это исследование доказывает, что плоская геометрия может быть очень полезна для улучшения совместимости мемристоров внутри гибридной схемы мемристор/КМОП. Новая структура открывает путь для реализации более мощных гибридных схем.

Изображение плоского мемристорного устройства, полученное с помощью атомно-силового микроскопа, и сравнение формирующих и коммутационных напряжений устройств с различной геометрией