Гибридные материалы с мемристивными свойствами на основе сегнетоэлектриков и аморфных кремний-углеродных плёнок.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-19-00872

НазваниеГибридные материалы с мемристивными свойствами на основе сегнетоэлектриков и аморфных кремний-углеродных плёнок.

Руководитель Малинкович Михаил Давидович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова Мемристивный эффект, гибридный материал, композит, кремний-углеродные пленки, одноосные сегнетоэлектрики, резистивное переключение

Код ГРНТИ47.09.53

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка новых мемристивных материалов, которые могут быть использованы для создания элементов нейроморфных вычислительных устройств, является открытой исследовательской проблемой. Проект направлен на разработку и исследование гибридных материалов с мемристивными свойствами на основе сегнетоэлектриков и аморфных кремний-углеродных плёнок. Актуальность решаемой проблемы обусловлена тем, что эффект резистивного переключения, позволяющий изменять электропроводность материала с помощью протекающего через него тока, открывает возможность создания приборов микро- и наноэлектроники, которые в ряде случаев способны заменить транзисторы в устройствах хранения данных. Способность “запоминать” электрическое сопротивление (мемристивный эффект) позволяет использовать устройства, работающие на эффекте резистивного переключения, в качестве элементарных ячеек вычислительных систем, реализующих имитацию работы отдельных нейронов и нейронных сетей аппаратно, а не программно. Такие материалы с эксплуатационной точки зрения должны обладать температурной и временной стабильностью электрофизических свойств, воспроизводимостью мемристивного эффекта, возможностью переносить большое количество циклов переключения без деградации мемристивных свойств, высоким отношением сопротивлений высокоомного к низкоомному состоянию, низким напряжением переключения и релаксации, а также малыми токами утечки. Комбинация аморфной кремний-углеродной пленки и одноосного сегнетоэлектрика в едином гибридном композите позволит изучить взаимное влияние мемристивных эффектов с разной природой и возможность синтезировать материал, обнаруживающий преимущества обсуждаемых групп материалов. Положительный эффект от комбинирования двух типов материалов будет достигаться за счет воздействия электрического поля сегнетоэлектрических кристаллов и заряженных доменных стенок (ЗДС) в таких кристаллах на аморфную кремний-углеродную пленку с сопутствующим изменением ее электрофизических свойств. Проект сфокусирован на двух типах гибридных материалов. Первый из них предполагает внедрение сегнетоэлектрических частиц, поляризованных в одном направлении, непосредственно в объем кремний-углеродной аморфной матрицы. Такая структура способна снизить потребляемую мощность за счёт уменьшения напряжения переключения между состояниями высокого и низкого сопротивлений без существенного изменения токов утечки. Второй тип гибридного материала будет представлять собой гетероструктуру “одноосный сегнетоэлектрик - аморфная кремний-углеродная пленка” с выходящей на поверхность протяженной ЗДС. При этом ожидается значительное снижение поля резистивного переключения в латеральном направлении за счет скачка электрического поля в кристалле вблизи ЗДС. Использование латерального строения мемристора позволит дополнительно управлять мемристивным эффектом с помощью третьего электрода, расположенного симметрично доменной стенке и позволяющего модулировать величину электрического потенциала в пленке, формируя аналог мемристивного полевого транзистора. Оба предлагаемых типа гибридных структур совместимы с технологией КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), обладают высокой технологичностью и потенциалом масштабирования. Понимание принципов работы таких гибридных мемристивных структур позволит приблизиться к реализации крайне необходимых в современной вычислительной схемотехнике нейроморфных систем, что представляет собой одну из важнейших и актуальных задач материаловедения приборов микро- и наноэлектроники.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кубасов И.В., Кислюк А.М., Ильина Т.С., Шпортенко А.С., Киселев Д.А., Турутин А.В., Темиров А.А., Малинкович М.Д., Пархоменко Ю.Н. Conductivity and memristive behavior of completely charged domain walls in reduced bidomain lithium niobate Journal of Materials Chemistry C, 9, 43, 15591 - 15607 (год публикации - 2021)
10.1039/D1TC04170C

2. Каланда Н., Ярмолич М., Бурко А., Темиров А., Кислюк А., Демьянов С., Ленц К., Линднер Ю., Ким Д. Superparamagnetism and ferrimagnetism in the Sr2FeMoO6–δ nanoscale powder Ceramics International, Ceramics International Volume 48, Issue 16, 15 August 2022, Pages 23931-23937 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ceramint.2022.05.066

3. Андраде Х., Росарио К., Мензель С., Васер Р., Соболев Н. Application of the Quantum-Point-Contact Formalism to Model the Filamentary Conduction in Ta2O5-Based Resistive Switching Devices Physical Review Applied, Phys. Rev. Applied 17, 034062 – Published 25 March 2022 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevApplied.17.034062

4. Кислюк А.М., Кубасов И. В., Темиров А.А., Турутин А.В., Шпортенко А.С., Куц В.В., Малинкович М.Д. Electrophysical properties, memristive and resistive switching of charged domain walls in lithium niobate Modern Electronic Materials (MoEM) (год публикации - 2023)
10.3897/j.moem.9.4.116646

5. Темиров А.А., Кубасов И.В., Турутин А.В., Ильина Т.С., Кислюк А.М., Киселев Д.А., Скрылева Е.А., Соболев Н.А., Салимон И.А., Батрамеев Н.В., Малинкович М.Д., Пархоменко Ю.Н. Synthesis of silicon-carbon films by induction-assisted plasma-chemical deposition Modern Electronic Materials (MoEM) (год публикации - 2023)
10.3897/j.moem.9.4.116552

Публикации