EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Nyskapande hybridstrukturer för minneselement och neuromorfa komponenter i nya tidens datorer
Title [en]
Novel hybrid structures for new-age resistive memory-logic devices
Abstract [sv]
Mänsklighetens historia hade varit annorlunda och okänd om inte tankar och händelser kunnat nedtecknas på läsbara och hållbara lagringsmedia. Den mänskliga utvecklingen har följts av samtidig utveckling av lagringsmedia, från sten och metaller i förhistorisk tid via papper och boktryckarkonst till dagens digitala era, där vi kan bära ett fullvärdigt bibliotek i våra fickor. Alltsedan tillkomsten av digitala minnen i form av hålkort, magnetband, hårddiskar och dagens flashminnen har det digitala minnets lagringskapacitet, densitet och hastighet ökat kontinuerligt. Detta är viktigt eftersom teknikbaserad utveckling, oavsett om det rör sig om kommunikation, säkerhet, hälso- och sjukvård, nätverk eller datahantering inklusive sakernas internet och artificiell intelligens, är beroende av att nya minnesenheter (komponenten som ansvarar för mottagning och lagring av information) med högre lagringskapacitet skapas. Idag är icke-flyktiga flashminnen mycket populära. Flashminnen kan dock på grund av tekniska och fysikaliska begränsningar inte följa med i den oavbrutna utvecklingen mot allt mindre dimensioner.  För att möjliggöra högre lagringskapacitet och mindre dimensioner krävs därför att de konventionella minnesenheterna ersätts av andra som tillåter fortsatt dimensionsminskning.   RRAM-element (resistance random acces memory) är den främsta kandidaten för utveckling av hårdvaran för artificiell intelligens (AI) inte bara som minnesenhet utan också som neuromorf komponent. Ett RRAM-element tillverkas i en enkel industrianpassad struktur där en isolerande oxid separerar två metallelektroder.  Den enkla geometrin är kompatibel med existerande metalloxid halvledarteknologi och har därför stor potential för kommersialisering.  Hittills har emellertid massproduktion av och effektivitet hos RRAM enheter begränsats av de utmaningar som fluktuationer, funktions fel, tillförlitlighets problem och otillräcklig kunskap om den komplexa bakomliggande fysiken utgör.  För att övervinna dessa utmaningar och förverkliga potentialen hos RRAM strukturer krävs okonventionella angreppssätt i forskningen inom området med mål att på grundläggande nivå förstå de funktionsstyrande fenomenen hos de ingående materialen. Sökandens forskningsgrupp vid Uppsala universitet är specialiserad på avancerad syntes av funktionella nanokompositer (med beståndsdelar så små som bredden hos några få atomavstånd) och hybridmaterial inriktade mot att förbättra funktionalitet hos tillämpningar som sträcker sig från låg-effekt elektronik till energieffektiva permanent magneter. I detta projekt kommer vår expertis att tillverka funktionella kompositsystem att tillämpas för att skapa nya hybrid RRAM strukturer med nya materialkombinationer av komplexa multikomponent oxider och framväxande atomärt tunna tvådimensionella (2D) material. Idéen att inlemma 2D material i en oxid matris förväntas ge oöverträffad funktionalitet genom distanshållare av multi-fas material med välkontrollerade elektriska egenskaper. Vi kommer att syntetisera dessa material och undersöka deras användbarhet genom grundläggande såväl som avancerade egenskapsmätningar med kompletterande tekniker tillgängliga hos flera forskningsgrupper vid Uppsala universitet och Chalmers. Vidare kommer vi att demonstrera den praktiska användbarheten genom att använda skalbara tillverkningsmetoder. Detta övergripande projekt kommer att generera ny kunskap om flerfas elektrisk ledning och de fysikaliska processer som styr uppträdandet hos dessa nya hybridmaterial, och förevisa reella demonstrationer av deras användbarhet. Projektets resultat kan få stort genomslag genom att bidra till utvecklingen av ny elektronisk hårdvara för minnesintensiva datorberäkningar.
Abstract [en]
Non-volatile memory defines today’s digital era. Conventional memory scaling is at its physical limit and we need an ‘equivalent scaling’ i.e., functionalization using new materials with enhanced properties. Resistance random access memory (RRAM) elements are front runners in this context due to their simple structure and good compatibility with CMOS technology. Still, their mass production has suffered due to fluctuations, failure mechanism and reliability issues. Now breakthroughs are needed at the level of materials.Here, we propose to design new material combinations (composites of perovskite oxides and 2D materials) for resistive switching (RS). Incorporating 2D materials into an oxide matrix will give better functionality via multiphase spacers with well controlled electrical properties. We will use pulsed laser deposition and e-beam lithography for film growth and device fabrication. Detailed optimizations, structural/morphological characterization via diffraction, reflectivity and microscopy tools will give new knowledge on growth. Electrical/magnetotransport measurements will quantify the RS capacity. The magnetic behaviour can offer new possibilities for memory devices like giant magnetoresistance, enhanced Curie temperature, and will be studied using magnetometry and microscopic probes like neutrons. This 4-yr project builds on the applicants’ unique strengths and has high feasibility. It will lead to a new path for inventing highly efficient new-age RRAM elements.
Alvarez, German
Mutta, Venkata
Kalaboukhov, Alexei
Principal InvestigatorSarkar, Tapati
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2021-12-01 － 2025-11-30
National Category
Condensed Matter PhysicsComposite Science and Engineering
Identifiers
DiVA, id: project:8624Project, id: 2021-03675_VR

Search in DiVA

Condensed Matter PhysicsComposite Science and Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
v. 2.47.0
|
WCAG
|
Stockholm University Library
|
DiVA portal
|
DiVA Contact
|
DiVA Log in