Развитые технологии КМОП-структур и энергонезависимая память на их основе столкнутся с фундаментальными ограничениями уже в 2018-2020 гг. В настоящее время проводится интенсивный поиск приборов на основе новых физических принципов, которые потенциально будут иметь более высокую степень интеграции. В качестве таких приборов предлагается использовать мемристоры. Представлен обзор литературы, посвященной последним разработкам в области создания мемристорных структур, а также массивам на их основе. Детально рассмотрены материалы, технологии создания и физические принципы функционирования мемристорных структур, а также современные технологии создания массивов этих структур. Представлены три наиболее перспективные направления развития мемристоров на основе халькогенидов, оксидов металлов и твердых электролитов. Обзор будет полезен исследователям и специалистам в области создания кремниевой энергонезависимой памяти.
Исследованы особенности кинетики локального зондового окисления сверхтонких пленок металлов V, Nb, Ta, Ti, TiN, W. Установлено, что кинетику процесса определяют удельное сопротивление окисляемого материала, наличие на поверхности естественной оксидной пленки и ее толщина, соотношение удельных плотностей металла и оксида, электрохимическая константа процесса окисления. В качестве материала, обеспечивающего высокую производительность формирования локальных диэлектрических областей нанометровых размеров, выбран ванадий, характеризующийся максимальной скоростью анодного зондового окисления.
Приведены сведения о процессе формирования тонких пленок оксида титана вытягиванием подложек из спиртового раствора тетраизопропоксида титана. Показано, что осаждаемый оксид титана содержит сплошную пленку и глобулы оксида титана, образующиеся на ее поверхности. Выявлено, что плотность размещения и высота глобул зависят от скорости вытягивания из раствора и относительной влажности в рабочей камере, а толщина сплошной пленки оксида титана является относительно постоянной величиной.
Исследовано влияние геометрических параметров пористых слоев оксида алюминия на характеристики влагочувствительной структуры на его основе. Изложены технологические этапы создания активного слоя емкостного гигрометра на основе двухслойной структуры «алюминий - пористый оксид алюминия», покрытой тонкой металлической пленкой. Показано, что относительная емкость структур определяется в основном значениями диаметра пор и относительной влажности среды.
Исследованы особенности создания 3D-структур кремния путем локального формирования жертвенного слоя пористого кремния жидкостным травлением с использованием пленок серебра толщиной 50 и 100 нм в качестве катализатора. Установлено влияние интенсивности массопереноса ионов Ag за счет градиента температур на морфологию поверхности формируемой структуры в зависимости от линейного размера маски-катализатора.
Для создания оперативной и флеш-памяти альтернативой существующей элементной базе являются мемристорные структуры - двухэлектродные системы, основанные на переключении сопротивления. В работе представлены результаты исследования особенностей создания мемристорных структур на основе сульфида меди как одного из перспективных материалов, обеспечивающих повышенную работоспособность систем. Рассмотрен процесс сульфидизации меди, в ходе которого приповерхностная область слоя меди преобразуется в сульфид, а оставшаяся часть слоя используется в качестве активного электрода формируемой в дальнейшем мемристорной структуры. Показано, что при повышенных концентрациях исходных химических реагентов значительно увеличивается шероховатость поверхности слоя сульфида. Скорость роста сульфида при оптимальных исходных концентрациях химических реагентов составляет ~ 30 нм/мин. При исследовании мемристорных структур установлено, что с ростом толщины сульфида меди отношение сопротивлений в низкоомном и высокоомном состояниях увеличивается с 11,2 до 12,5. Время переключения в сформированных мемристорных структурах из высокоомного состояния в низкоомное составляет порядка 1.3 мкс, а из низкоомного в высокоомное равно 0.9 мкс.
Одним из приоритетных направлений развития электроники как в нашей стране, так и за рубежом является создание кремниевых полупроводниковых приборов и ИС с субмикронными топологическими нормами, способных функционировать при температуре 200 °С и выше. К критическим узлам кремниевой электронной компонентной базы с точки зрения тепловой устойчивости относится металлизация. В последнее время в качестве материала межсоединений используется вольфрам, который имеет более высокую электромиграционную стойкость по сравнению с алюминием (с добавками кремния и меди) и медью. В работе представлены результаты исследования технологических режимов магнетронного осаждения пленок сплава W(Ti-15 %). При исследовании механических свойств пленок установлено, что структура W(Ti-15 %)-Si характеризуется пониженным уровнем механических напряжений в латеральном направлении по сравнению со встроенными механическими напряжениями в структуре W-Si. Выявлено, что усилие на отрыв пленки сплава вольфрама с титаном превышает усилие на отрыв пленки вольфрама приблизительно в три раза. Показано, что металлизация на основе сплава вольфрама с титаном характеризуется более высокой электромиграционной стойкостью по сравнению с металлизацией на основе сплава алюминий - медь - кремний. Сравнительный анализ электрофизических и механических характеристик осажденных на кремний пленок вольфрама и сплава вольфрама с титаном подтвердил перспективность использования последних в качестве меж-соедниений в теплоустойчивых кремниевых ИС.
Приведены результаты исследований пленочных композитов на основе поливинилиденфторида с углеродными нанотрубками (УНТ) методом диэлектрической релаксационной спектроскопии. Для композитных образцов с содержанием УНТ свыше 0,5 вес.% получены вольт-амперные характеристики, которые имеют нелинейный характер. Изучены концентрационные зависимости электропроводности композитов, определен порог перколяции для исследуемых образцов. Показано, что незначительное увеличение электропроводности композитов наблюдается уже при степени наполнения УНТ 0,2 вес.%, при введении 1 вес.% УНТ электропроводность возрастает на 3 порядка и при более 3 вес.% повышается на 7 порядков по сравнению с ненаполненным полимером. Подтверждена перспективность использования УНТ для создания электропроводящих композитов и пленочных материалов на основе поливинилиденфторида.
Представлены результаты исследования сенсорных свойств пленок оксида цинка (ZnO), полученных золь-гель методом. Показано изменение сопротивления пленок в процессе многократного термоциклирования в диапазоне температур 50 - 500 °С в условиях различной относительной влажности (7,5 - 90%) при воздействии микроконцентраций оксидов азота (NO и NO).
Приведены результаты исследования влияния состояния поверхности затравочного слоя меди на однородность электрохимического заполнения медью канавок с субмикронными размерами. Отмечено, что качество заполнения связано с отсутствием или наличием на поверхности затравочного слоя меди пленки оксида, характеризующейся гидрофобными свойствами. Показано, что для однородного заполнения канавок медью в переходных окнах в межуровневых слоях диэлектриков при создании медной многоуровневой металлизации кремниевых ИС время межоперационного хранения пластин после осаждения затравочного слоя меди до заполнения канавок медью не должно превышать максимально допустимого (~6 ч).