Мемристоры могут стать встроенной памятью для маломощных чипов

2 декабря 2016 г., 18:35

Исследователи из Hewlett Packard Labs в Калифорнии, Университета штата Массачусетс, Амхерст, и Сеульского национального университета сообщили о новом слаботочном самовыпрямляющем мемристоре из титановых ионных ловушек электронов в матрице оксида ниобия. Устройство может быть использовано в качестве встроенной памяти для маломощных чипов и для хранения данных в устройствах Интернета вещей.

Мемристор представляет собой резистор, который «запоминает», какой ток протекал через него. В отличие от других устройств памяти современной электроники, как устройства на базе КМОП, мемристоры способны «запоминать» свое состояние даже при отключении питания. Они также потребляют гораздо меньше энергии.

Так называемые мемристоры с переключаемым сопротивлением, изготовленные из оксидов переходных металлов, являются перспективными для электронных компонентов в различных будущих устройствах благодаря тому, что их проводимость обратимо изменяется в ответ на приложенный стимул. Такие устройства включают высокоплотную энергонезависимую память, а также появляющиеся новые приложения, такие как логика с запоминанием состояния и нейроморфические устройства.

Однако одним из недостатков таких мемристоров является потеря энергии во время процесса записи данных. Это происходит из-за дополнительного тока, который протекает не только через адресуемую ячейку, но и через другие.

«Эта проблема паразитных путей, как известно, ограничивает размер массива памяти, которая может быть использована, и, таким образом, общую плотность памяти, так как большие паразитные токи делают трудным успешную запись в адресованную ячейку, - объясняет член команды Кюн Минь Ким (Kyung Min Kim) из Hewlett Packard Labs в Пало-Альто. - Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи ввели последовательно с мемристором компонент 'селектор' в каждую ячейку, но так как технология 'селекторов' не так развита, как мемристорные технологии, прикладываются все силы, чтобы разработать соответствующие селекторы. Наша команда использовала другой подход к решению проблемы паразитного пути без введения отдельного селектора. Мы разработали мемристор с большим внутренним коэффициентом выпрямления тока, что действует как внутренний или интегральный селектор. Более того, мы описали, как использовать этот самовыпрямляющий мемристор для снижения энергопотребления до всего лишь 8% от потребляемого обычными схемами с коммутационной матрицей».

В принципе, когда мемристор сочетается последовательно с селектором в каждой ячейке коммутационной матрицы, чистая потребляемая мощность может быть уменьшена до 0,31% от мощности, потребляемой стандартными матрицами, добавил он.

Новое устройство базируется титановых ионных ловушках электронов в матрице оксида ниобия (NBO_X). Исследователи осадили активный материал в структуре с использованием метода, называемого осаждение атомных слоев (ALD), который позволяет им контролировать субатомные монослои в структуре и таким образом точно контролировать, как ловушки распределяются в матрице NBOX. Сопротивление мемристора может переключаться от высокого к низкому (и наоборот) с использованием гораздо более низких токов (и, следовательно, мощности), чем ранее продемонстрированные устройства.

По словам команды, возглавляемой Стэнли Уильямсом (Stanley Williams), также из Hewlett Packard Labs, новый мемристор может быть использован для встраиваемой памяти для маломощных чипов, таких как ASICS.

«Поскольку эта технология полностью совместима с КМОП, она также может быть использована для хранения данных в устройствах IoT, - сказал Ким. - В конце концов, она может найти применение в качестве автономной энергонезависимой памяти для систем с низким энергопотреблением».

Мемристоры могут стать встроенной памятью для маломощных чипов