Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА ЯЧЕЙКИ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ МЕМРИСТОРНОЙ СТРУКТУРЫ С ВЕРТИКАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННОЙ УГЛЕРОДНОЙ НАНОТРУБКОЙ
Автор М.В. Ильина, Ю.Ф. Блинов, В.А. Смирнов, А.А. Коньшин, Чинь Ван Мыой
Рубрика РАЗДЕЛ II. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 621.38-022.532
DOI
Аннотация Одним из приоритетных направлений развития современной наноэлектроники является разработка и создание энергонезависимых элементов памяти с высоким быстродействием и плотностью записи информации. Перспективным направлением в этой области является разработка и исследование наноразмерных мемристорных структур. В работе предложен принцип работы ячейки энергонезависимой памяти на основе мемристорной структуры с вертикально ориентированной углеродной нанотрубкой (ВОУНТ). Показано, что переключение сопротивления мемристорной структуры связано с деформацией ВОУНТ под действием внешнего электрического поля и вандерваальсовым взаимодействием с верхним электродом, отделенным туннельным зазором. Проведены теоретические исследования влияния диаметра, длины и модуля Юнга ВОУНТ, величины туннельного зазора и прикладываемого напряжения на переключение сопротивления структуры на основе ВОУНТ, а также оценены значения возникающих в структуре вандерваальсовых, электро-статических и упругих сил. Показано, что структура на основе ВОУНТ с модулем Юнга 1 ТПа, высотой 2 мкм и диаметром от 10 до 100 нм при туннельном зазоре между вершиной нанотрубки и верхним электродом от 1,0 до 1,5 нм проявляет мемристорный эффект. На основе мемристорной структуры c ВОУНТ разработана ячейка энергонезависимой памяти со временем переключения ~ 10-12 с и напряжением чтения менее 1 В, напряжением записи около 2 В и напряжением стирания около 6 В. Полученные результаты могут быть использованы при разработке энергонезависимой памяти высокого быстродействия и плотности записи информации на основе мемристорных структур с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками.

Скачать в PDF

Ключевые слова Нанотехнологии; наноэлектроника; мемристор; вертикально ориентированные углеродные нанотрубки; ВОУНТ; энергонезависимая память; пьезоэлектрический заряд; деформация.
Библиографический список 1. Meena J.S., Sze S.M., Chand U., Tseng T.-Y. Overview of emerging nonvolatile memory technologies // Nanoscale Research Letters. – 2014. – Vol. 9 (1). – P. 1-33.
2. Lee J.S. Progress in non-volatile memory devices based on nanostructured materials and nanofabrication // Journal of Materials Chemistry. – 2011. – Vol. 21, No. 37. – P. 14097-14112.
3. Raoux S., Burr G.W., Breitwisch M.J., Rettner C.T., Chen Y.-C., Shelby R.M., Salinga M., Krebs D., Chen S.-H., Lung H.-L., Lam C.H. Phase-change random access memory: A scalable technology // IBM J. RES. & DEV. – 2008. – Vol. 52, No. 4/5. – P. 465-479.
4. Bichoutskaia E., Popov A.M., Lozovik Yu.E. Nanotube-based data storage devices // Materials Today. – 2008. – Vol. 11, No. 6. – P. 38-43.
5. Yao J., Jin Z., Zhong L., Natelson D., Tour J.M. Two-Terminal Nonvolatile Memories Based on Single-Walled Carbon Nanotubes // ACS Nano. – 2009. – Vol. 3, No. 12. – P. 4122-4126.
6. Lu X.B., Dai J.Y. Memory effects of carbon nanotubes as charge storage nodes for floating gate memory applications // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 88. – P. 113104 (3).
7. Rueckes T., Kim K., Joselevich E., Tseng G.Y., Cheung C.-L., Lieber C.M. Carbon Nanotube-Based Nonvolatile Random Access Memory for Molecular Computing // Science. – 2000. – Vol. 289, No. 7. – P. 94-97.
8. Jang J.E., Cha S.N., Choi Y., Amaratunga G.A.J. Nanoelectromechanical switches with vertically aligned carbon nanotubes // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 87. – P. 163114(3).
9. Kinaret J.M., Nord T., Viefers S. A carbon-nanotube-based nanorelay // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82, No. 8. – P. 1287-1289.
10. Lee S.W., Lee D.S., Morjan R.E., Jhang S.H., Sveningsson M., Nerushev O.A., Park Y.W., Campbell E.E.B. A Three-Terminal Carbon Nanorelay // Nano Lett. – 2004. – Vol. 4, No. 10. – P. 2027-2030.
11. Chen H., Roy A., Baek J.-B., Zhu L., Qua J., Dai L. Controlled growth and modification of vertically-aligned carbon nanotubes for multifunctional applications // Materials Science and Engineering R. – 2010. – Vol. 70. – P. 63-91.
12. Агеев О.А., Ильин О.И., Климин В.С., Коломийцев А.С., Федотов А.А. Исследование режимов формирования и модификации ориентированных массивов углеродных нанотрубок методом PECVD на нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – C. 69-77.
13. Агеев О.А., Ильин О.И., Климин В.С., Коноплев Б.Г., Федотов А.А. Исследование режимов формирования каталитических центров для выращивания ориентированных массивов углеродных нанотрубок методом PECVD // Химическая физика и мезоскопия. – 2011. – № 2. – Т. 13. – С. 226-231.
14. Strukov D., Snider G., Stewart D. The missing memristor found // Nature. – 2008. – Vol. 453. – P. 80-83.
15. Akinaga H., Shima H. Resistive Random Access Memory (ReRAM) Based on Metal Oxides // Proceedings of the IEEE. – 2010. – Vol. 98, No. 12. – P. 2237-2251.
16. Avilov V.I., Ageev O.A., Kolomiitsev A.S., Konoplev B.G., Smirnov V.A., Tsukanova O.G. Formation of a Memristor Matrix Based on Titanium Oxide and Investigation by Probe Nanotechnology Methods // Semiconductors. – 2014. – Vol. 48, No. 13. – P. 1757-1762.
17. Ageev O.A., Blinov Yu.F., Ilin O.I., Kolomiitsev A.S., Konoplev B.G., Rubashkina M.V., Smirnov V.A., Fedotov A.A. Memristor Effect on Bundles of Vertically Aligned Carbon Nanotubes Tested by Scanning Tunnel Microscopy // Technical Physics. – 2013. – Vol. 58, No. 12. – P. 1831-1836.
18. Ageev O.A., Blinov Yu.F., Ilin O.I., Konoplev B.G., Rubashkina M.V., Smirnov V.A., Fedotov A.A. Study of the Resistive Switching of Vertically Aligned Carbon Nanotubes by Scanning Tunneling Microscopy // Physics of the Solid State. – 2015. – Vol. 57, No. 4. – P. 825-831.
19. Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплёв Б.Г. Комплексный подход к технологическому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 207-210.
20. Syurik Y.V., Ageev O.A., Ghislandi M.G., Tkalya E.E., Paterson G., McGrouther D., Loos J. Graphene network organisation in conductive polymer composites // Macromolecular Chemistry and Physics. – 2012. – Vol. 213, No 12. – P. 1251-1258.
21. Агеев О.А., Сюрик Ю.В., Климин В.С., Федотов А.А. Получение нанокомпозитных полимерных материалов, модифицированных углеродными наноструктурами, на основе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 1 (90). – С. 135-142.
22. Рубашкина М.В., Агеев О.А., Блинов Ю.Ф., Смирнов В.А. Моделирование резистивного переключения вертикально ориентированной углеродной нанотрубки // Материалы 25-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь. – 2015. – Т. 2. – С. 737-738.
23. Ageev O.A., Ilin O.I., Rubashkina M.V., Smirnov V.A., Fedotov A.A. Investigation of Effect of Geometrical Parameters of Vertically Aligned Carbon Nanotubes on their Mechanical Properties // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 894. – P. 355-359.
24. Ageev O.A., Ilin O.I., Kolomiitsev A.S., Konoplev B.G., Rubashkina M.V., Smirnov V.A., Fedotov A.A. Development of a technique for determining Youngs modulus of vertically aligned carbon nanotubes using the nanoindentation method // Nanotechnologies in Russia. – 2012. – Vol. 7l, No 1-2. – P. 47-53.

Comments are closed.