Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 370

Российские ученые разработали композитный материал, подходящий для создания гибких элементов памяти

Российские ученые разработали композитный материал, подходящий для создания гибких элементов памяти
Исследователи Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН создали новый материал для мемристоров (резисторов, обладающих памятью): композит из наночастиц оксида ванадия покрытых фторированным графеном. 

Исследователи Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН создали новый материал для мемристоров (резисторов, обладающих памятью): композит из наночастиц оксида ванадия, покрытых фторированным графеном. Разработанные  структуры могут использоваться для изготовления элементов памяти гибкой электроники: они выдерживают многочисленные деформации, способны хранить и многократно перезаписывать информацию всего за 30 наносекунд. Подробности опубликованы в журнале Advanced electronic materials.

Мемристор — микроэлектронный компонент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда. При подаче установочного (высокого напряжения) мемристор переходит в проводящее (открытое) состояние, а при смене полярности напряжения  и приложении напряжения сброса, также высокого, структура прекращает проводить электрический ток — становится закрытой. Однако если использовать относительно низкие  напряжения — их называют считывающими — можно прочитать информацию, зафиксированную на мемристоре в момент подачи высокого напряжения, не изменив состояния прибора. Время переключения измеряется в наносекундах, что примерно в 1000 раз меньше, чем у распространенной сейчас флэш-памяти. Соответственно, мемристор может выступать и как быстродействующая ячейка памяти, и как компонент нейроморфных сетей. Более того, системы с кроссбар архитектурой (пересекающиеся проводящие дорожки с мемристорами вместо транзисторов в узлах) очень просты в изготовлени.

«Перед нами стояла задача создать мемристорный материал для гибкой электроники, для этих целей хорошо подходит фторированный графен: он сохраняет стабильность при многократных переключениях, устойчив к изменениям температуры, механическим воздействиям. Однако, его недостатком является небольшая (1-2 порядка) разница токов для открытого и закрытого состояния мемристора. Чтобы решить проблему мы добавляли к фторированному графену  материалы, позволяющие увеличить резистивный эффект. Лучший результат показали композитные пленки, состоящие из фторированного графена и наночастиц оксида ванадия —разница между токами в открытом и закрытом состояниях, достигала девяти порядков.  Если сравнивать с мировой практикой, аналогичные величины наблюдают при использовании полимеров или оксида графена, но первые нестабильны, легко деградируют, а второй позволяет переключать мемристор лишь сотни раз», — рассказывает первый автор статьи Артем Ильич Иванов, младший научный сотрудник  лаборатории Физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН, возглавляемой доктором физико-математических наук, профессором Виктором Яковлевичем Принцем.

Большая разница токов в открытом и закрытом состояниях, позволяет создать систему из нескольких тысяч мемристоров. Это, с одной стороны, увеличивает емкость памяти, а с другой — дает возможность создавать нейроморфные сети, по принципу работы схожие с человеческим мозгом.

Каждый «шарик» оксида ванадия (частицы способной проводить электрический ток), благодаря хорошей адгезии, покрыт тонким диэлектрическим слоем фторографена. В такой конфигурации лучше сохраняются свойства материала и композит работает дольше.

«Наночастицы оксида ванадия — это кристаллогидраты, содержащие молекулы воды (диполи). Под действием внешнего электрического напряжения они ориентируются по линиям поля и в результате возникают внутренние электрические поля между частицами оксида ванадия разделенных барьерами из фторированного графена, и композит переходит в проводящее состояние. Подача напряжения обратной полярности приводит к разориентации диполей, и переключению всей структуры в высокоомное (непроводящее) состояние», — объясняет Артем Иванов.

Мемристоры из нового композитного материала печатают на 2D принтере: готовятся специальные чернила и машина наносит их на полимерный материал. Напечатанные структуры можно сгибать практически вдвое — проводящие компоненты не пострадают и продолжат переключаться.

«В нашей лаборатории разработана надежная, удобная и воспроизводимая технология получения фторированного графена, которой больше нет нигде в мире. 2D печать, в свою очередь, не требует дорогостоящего оборудования, больших финансовых вложений. Конечно, персональный компьютер напечатать невозможно, но, например, телефоны сейчас стремятся сделать гибкими, как и другие гаджеты: фитнес-браслеты, носимые сенсорные системы для мониторинга состояния здоровья и так далее», — комментирует ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Вениаминовна Антонова.

Переключать мемристоры, созданные новосибирскими физиками из открытого (Ion) в закрытое (Ioff) состояние, попросту говоря перезаписать информацию, можно до миллионов раз в зависимости от параметров структур. По мировым стандартам — это в сочетании с разницей между токами (Ion/Ioff) в 6—9 порядков и наносекундными временами переключения — рекордные параметры для гибкой электроники.

В дальнейшем исследователи планируют протестировать способность отдельных наночастиц композита выступать в качестве мемристоров, чтобы достичь предельной плотности компонентов.

Исследование выполнялось при поддержке гранта РНФ 15-12-00008 «2D печатные технологии получения материалов и электронных устройств на основе графена» и бюджетного проекта «Структуры и новые материалы на основе функционализированного графена и мультиграфена для электронных приложений».

Пресс-служба ИФП СО РАН

графен институт физики полупроводников со ран мемристор нанокомпозитный материал наночастицы ран со ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.