1 Аналіз стану питання

Оскільки, мемрістор новий елемент в наноелектроніці, його ще немає у пристоях масового виробництва. Але він має багато перспективних напрямків реалізації.

Мемрістори можна використовувати як пристрої для зберігання інформації з дуже низьким енергоживленням, високою швидкістю дії і тривалим (до 10 років) збереженням інформації при відключенні електроживлення. У перспективі вони повинні замінити флеш-пам'ять, яка в даний час використовується в мобільних телефонах, MP3-плеєрах і знімних носіях інформації. Крім того, він може виступати в якості універсального носія, тобто замінити флеш, оперативну пам'ять DRAM і жорсткий диск.Технологія на даний момент готова до виробництва компаніями Hynix і HP. Планувалося, що накопичувачі на базі мемрісторів вийдуть в 2013 році, але випуск був перенесений на 2014 рік.

Але найбільший інтерес представляє інша властивість мемрістора - можливість обчислення. Саме ця властивість може зробити революцію в комп'ютерній техніці. Мемристори покликані замінити існуючі транзисторні технології на шляху до підвищення ефективності роботи мікросхем. Їх можна використовувати менше, коли проблема доступного вільного простору постає особливо гостро, без фактичного зниження потужності обчислювальної системи, ну а в тих же пропорціях напівпровідників на квадратний сантиметр, мемрістор дає величезну фору майже за всіма параметрами (ємність, швидкість, енергоспоживання) зараз існуючим технологіям. Це дає ще один шанс всім відомому закону Гордона Мура, співзасновника компанії Intel, що проголосив в 1965 році подвоєння кількості транзисторів в мікропроцесорах по закінченні кожних 18 місяців. З тих пір минуло чимало років, і в даний час людство стоїть на так званому розмірному порозі, коли подальше зменшення розміру одиничного кремнієвого напівпровідникового елемента пов'язане з великими витратами енергії і проявом великої кількості заважаючих квантових ефектів.

2 Основна частина

2.1 Фізичний принцип роботи мемрістора

Понад чверть століття мемрістор залишався гіпотетичним елементом кола, який не має матеріальної реаліції. Але в 2008 році група дослідників з компанії HP на чолі зі Стенлі Вільямсом нарешті створила реальний мемрістор [2]. Його властивості відповідали моделі, запропонованої Чуа. Для реалізації мемрістора вони використали тонку плівку з діоксину титану (TiO2). Ця тонка плівка затиснута між двома платиновими (Pt) контактами, одна сторона TiO2 - легована кисневими ваканціями. Кисневі ваканції є позитивно зарядженими. Таким чинов в діоксині титану є перехід, де з одного боку діоксин титану легований, з іншого – ні.

Рисунок 2.1 –Схематичне представлення мемрістора.[3]

Чистий діоксин титану – напівпровідник, який має високий опір. Оксигенові ваканції у легованому діоксині титану, роблять його провідником. Якщо подати позитивну напругу на легований діоксин титану, то позитивно заряджені ваканції кисню будуть «переходити» до нелегованого діоксину титану(w – збільшується). Як результат, кордон між двома матеріалами рухається, збільшуючи відсоток провідності легованого діоксину титану(рис. 2.2б). Це збільшує провідність всього приладу. Якщо до легованого діоксину титану прикласти негативну напругу, то то позитивно заряджені ваканції кисню будуть «виходити» з нелегованого діоксину титану(w – зменшується)(рис. 2.2с). Це збільшує опір всього пристрою. Якщо вимкнути напругу, то ваканції оксисену не будуть рухатись. Кордон між двома шарами діоксину титану «замерзає». Це пояснює як мемрістор «запам`ятовує» останню прикладену напругу.[4]

Рисунок 2.2 – Поведінка мемристора при прикладенні позитивної

та негативної напруг.

У розглянутій моделі залежність між струмом і напругою визначається виразом [2]:

(2.1)

При цьому межа зміщується за законом:

(2.2)

де μv  - Середня рухливість іонів;

D – товщина плівки діоксину титану;

Ron, Roff - опори у включеному та виключеному станах;

q(t) – весь заряд, що проходить через мемристор.

Інтегрування (2.2) дає формулу для w:

(2.3)

Підставляючи (2.3) в (2.1) і враховуючи, що RON<< ROFF, отримуємо вираз для мемрезистивності:

(2.4)

З виразу (2.4) випливають два важливих висновки. По-перше, як і передбачалося в моделі Чуа, опір мемрістора є фунцією заряду q, тобто залежить від сумарного заряду, що пройшов через мемрістор. По-друге, мемрезистивність різко збільшується із зменшенням D. для будь-якого матеріалу в наномасштабі значення доданка, який містить D, на порядки вище, ніж в мікромасштабах [2]. Таким чином, мемрезистивність стає найбільш важливою для розуміння характеристик розглянутого типу електронних пристроїв по мірі того, як їх розміри зменшуються до нанометрових масштабів [2].