电极缺陷可提高电阻记忆效率

电阻式开关存储设备比当前使用的计算机存储技术具有多个优势。MIPT原子层沉积实验室的研究人员与韩国的同事携手研究了电极表面形态对电阻开关存储单元特性的影响。事实证明，较厚的电极具有更大的表面粗糙度，并具有明显更好的存储单元特性。研究结果发表在ACS Applied Materials&Interfaces上。

某些材料(例如过渡金属氧化物)可以从电介质切换到导电状态，并在施加电压的情况下返回。这种效应是电阻式随机存取存储器的基础，电阻式随机存取存储器是一种非常有前途的非易失性存储技术。基于过渡金属氧化物的RRAM器件具有能耗低，耐用性强，易于扩展，操作迅速等特点，促使许多公司投资该技术。

电阻存储单元是具有位于两个电极之间的绝缘层的层状结构，开关电压被施加到该两个电极之间。电池的性能取决于电极之间的材料以及电极本身的组成和形状。通常一个电极由氮化钛制成而另一电极由铂制成。然而，由于缺乏干蚀刻能力，铂与现代半导体技术不兼容。钌不是这种情况，钌的另一个优势是适合原子层沉积(ALD)，从而可以制造3-D垂直存储结构。

研究合著者和MIPT博士。该大学电子，光子学和分子物理学院的学生Aleksandra Koroleva评论说：“为了研究电极厚度如何影响存储单元参数，我们以不同数量的原子层沉积循环生长了钌电极。然后，我们使用以下方法检查了电极的表面原子力显微镜。” 研究小组发现，随着ALD层数的增加，电极表面的晶粒尺寸从5纳米增加到70纳米。

研究人员测试了不同厚度的钌膜作为基于钽氧化物的RRAM的底部电极的性能，结果表明，较厚(因此更粗糙)的电极实际上改善了存储设备的关键性能：稳定性和耐用性。钌膜厚度的增加导致在两种状态下较低的存储单元电阻以及在低电阻状态和高电阻状态之间的较高电阻比。电极粗糙度的提高还降低了成形和开关电压，并使器件的耐用性达到了令人印象深刻的5000万个开关周期。

为了解释他们的发现，研究小组提出了一个简化的模型，该模型反映了钌电极表面上大晶粒上的电场分布。导电原子力显微镜证实了这一解释。

“我们的发现为如何大大改善新型存储单元提供了见解。用作电极的较厚钌膜具有较粗糙的表面。这反过来在晶粒倾斜处产生了局部增强的电场区域，从而增强了关键性。该设备的性能特征。我们相信我们的研究将有助于将来创建更高效​​，可靠的存储设备。”研究合著者Andrey Markeev补充说，他是MIPT ALD小组的负责人。