Los defectos de oxígeno ayudan a desbloquear el secreto de la memoria de próxima generación

La memoria de acceso aleatorio resistivo (RERAM), que se basa en materiales de óxido, está ganando atención como memoria de próxima generación y dispositivo de computación neuromórfica. Sus rápidas velocidades, capacidad de retención de datos y estructura simple lo convierten en un candidato prometedor para reemplazar las tecnologías de memoria existentes.

Los investigadores de Kaist ahora han aclarado el principio operativo de esta memoria, que se espera que proporcione una pista clave para el desarrollo de la memoria de alta generación de alta fiabilidad de alto rendimiento.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Seungbum Hong del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, en colaboración con un equipo de investigación dirigido por el profesor Sang-Hee-Ko Park del mismo departamento, ha aclarado por primera vez el principio operativo de un dispositivo de memoria basado en óxidos, que está atrayendo la atención como una tecnología central para los semiconductores de próxima generación.

El trabajo es publicado en el diario ACS Materiales e interfaces aplicados.

Utilizando un microscopio de sonda de exploración multimodal (SPM multimodal) que combina varios tipos de microscopios, el equipo de investigación logró observar simultáneamente los canales de flujo de electrones dentro de la película delgada de óxido, el movimiento de iones de oxígeno y los cambios en el potencial superficial (la distribución de la carga en la superficie del material).

A través de esto, aclararon la correlación entre cómo los cambios actuales y cómo cambian los defectos de oxígeno durante el proceso de escritura y borrado de información en la memoria.

Con este equipo especial, el equipo de investigación implementó directamente el proceso de escritura y borrado de información en la memoria aplicando una señal eléctrica a un dióxido de titanio (TIO₂) Película delgada, confirmando a nivel nano que la razón de los cambios actuales fue la variación en la distribución de defectos de oxígeno.

En este proceso, confirmaron que el flujo de corriente cambia dependiendo de la cantidad y la ubicación de los defectos de oxígeno. Por ejemplo, cuando hay más defectos de oxígeno, la vía de electrones se amplía y la corriente fluye bien, pero por el contrario, cuando se dispersan, la corriente está bloqueada.

A través de esto, lograron visualizar con precisión que la distribución de defectos de oxígeno dentro del óxido determina el estado de encendido/apagado de la memoria.

Esta investigación no se limitó a la distribución en un solo punto, sino que analizó exhaustivamente los cambios en el flujo de corriente, el movimiento de los iones de oxígeno y la distribución del potencial superficial después de aplicar una señal eléctrica en un área amplia de varios micrómetros cuadrados.

Como resultado, aclararon que el proceso de cambio de resistencia de la memoria no se debe únicamente a defectos de oxígeno, sino que también está estrechamente entrelazado con el movimiento de electrones (comportamiento electrónico).

En particular, el equipo de investigación confirmó que cuando se inyectan los iones de oxígeno durante el «proceso de borrado (proceso de reinicio)», la memoria puede mantener de manera estable su estado fuera (estado de alta resistencia) durante mucho tiempo. Este es un principio central para aumentar la fiabilidad de los dispositivos de memoria y se espera que proporcione una pista importante para el desarrollo futuro de la memoria no volátil de próxima generación estable.

El profesor Seungbum Hong de Kaist, quien dirigió la investigación, dijo: «Este es un ejemplo que demuestra que podemos observar directamente la correlación espacial de defectos de oxígeno, iones y electrones a través de un microscopio multimodal.

Doctor en Filosofía. El candidato Chaewon Gong del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales KAIST participó como el primer autor.