导读
非易失性阻变式存储器，作为一项新兴的存储科技，它结合了非易失性和速度快特点。最近，俄罗斯莫斯科物理技术学院的科研人员开发出一种新方案，能控制由原子层沉积（ALD）技术制备的钽氧化物薄膜中的氧含量，这种薄膜有望成为非易失性阻变式存储器的基础。
关键字
存储器、存储技术、ReRAM
背景
在现代计算机技术中，存储设备与存储技术一直处于非常重要的地位，常见的存储设备有ROM、RAM、SSD、Flash、U盘等等。RAM可随时读写，且速度很快，但是电源关闭后，数据无法保存，所以具有“易失性”。而Flash在电源关闭后，也能够长久地保持数据，因此具有“非易失性”，可是它的速度比RAM慢。
因此，许多科研团队与科技公司都在研发新型计算机存储器，主要目标就是将RAM速度优势和Flash的非易失性优势相结合。然而，非易失性阻变式存储器，也称为ReRAM，或者RRAM，被视为一项非常有前途的新兴技术，引起了业界的广泛注意，它能够完美地结合RAM和Flash的优势。
ReRAM的工作原理如下：
根据施加在金属氧化物材料上的电压不同，材料的电阻会在高阻态和低阻态之间发生相应变化，开启或阻断电流通道，允许或者拒绝电子流过，两种状态分别代表二进制数“0”或者“1”，从而达到储存信息的目的。
创新
最近，俄罗斯莫斯科物理技术学院（MIPT）的科研人员探索出一种新方案，能够控制由原子层沉积（ALD）技术制备的钽氧化物薄膜中的氧含量。这种薄膜可能成为新型非易失性阻变式存储器（ReRAM ）的基础。
（图片来源：MIPT）
相关论文发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志，影响因子为7.14。
技术
ReRAM 存储单元，可以通过一种金属-电介质-金属的结构来实现，而过渡族金属例如铪和钽的氧化物，可作为这种分层结构中的电介质组件来使用。对基于这些材料的存储单元施加一个电压，会引起氧的迁移，改变其电阻。所以，氧化物薄膜中的氧含量分布，成为决定存储单元功能特性的一项至关重要的参数。
尽管ReRAM 的研发取得了显著进展，可是Flash存储器仍然在市场和应用中占据着主要地位，原因就是Flash存储器可进行三维存储单元堆叠，这极大提高了其存储密度。可是，一般用于ReRAM的贫氧薄膜沉积技术，无法应用于三维架构。
为了寻求一项替代的技术，MIPT的科研人员想到了原子层沉积技术，它是一种化学工艺，用于在材料的表面制备薄膜。过去几十年来，ALD技术得到了广泛应用，例如在纳米电子、光学和生物电子领域。
ALD技术主要有两个优势：
第一，就是对于薄膜厚度的控制是史无前例的：它能够沉积薄膜达几纳米的厚度，而误差控制在几分之一纳米。
第二，就是ALD技术能对于三维结构进行保形涂覆，而现有的纳米薄膜沉积技术对于这种三维结构往往是有问题的。
在ALD工艺中，基质接连暴露于两种化学物质，分别是前驱体和反应物。这两种物质之间会发生化学反应，从而创造出涂层。除了涂层中使用到的元素，前驱体还包含其他成分，例如碳和氯，也称为配体。它们促进了反应，然而在理想的ALD工艺中，一旦其与另外一种化学物质（反应物）发生了相互作用，就必须完全从生成的薄膜中移除。在原子层沉积技术中，选择使用正确的物质十分关键。虽然在ALD技术中，对于氧含量可变的氧化物薄膜进行沉积是十分困难的，但它对于ReRAM技术来说是必需的。
（图片来源：MIPT）
MIPT物理学和数学博士Andrey Markeev 说：
“沉积贫氧薄膜过程中最难的部分，就是寻找正确的反应物，既能消除金属前驱体中含有的配体，又可以控制生成的涂层中的氧含量。为了达到这个目标，我们使用了本身含氧的钽前驱体，以及一种以等离子体活化氢形式存在的反应物。”
证实实验结果本身就是一项挑战。在ALD工艺中，真空腔用于存放实验样本，而一旦实验室样本从真空腔中移除，暴露于大气层，将会引起电介质顶层的变化，利用分析技术例如电子能谱学，瞄准样品表面，就会检测到缺氧。
实验设备
（图片来源：MIPT）
MIPT的研究生 Konstantin Egorov 认为：
“在这项研究中，我们不仅需要获取具有不同含氧量的薄膜，而且也要利用实验进行证实。为此，我们团队通过独特的实验方电脑法，让我们无需破坏真空，就可以生长薄膜并研究它们。”
参考资料
【1】https://mipt.ru/english/news/new_prospects_for_universal_memory
【2】http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b00778
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