Благодаря облучению ионами ксенона, исследователи модифицировали фторированный графен: удалили фтор и создали проводящие квантовые точки в матрице изолирующего материала. На основе таких структур были сделаны мемристоры ― элементы памяти, которые применяются для создания гибких датчиков в носимой электронике, медицинских, производственных сенсорах. Детали работы сотрудников Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Объединенного института ядерных исследований (Дубна), Новосибирского государственного технического университета, Университета Николая Коперника (Польша) опубликованы в журнале Materials.
Новое исследование — продолжение работы специалистов ИФП СО РАН по созданию элементов памяти для гибкой электроники на основе соединений графена. Ранее эта же научная группа сделала мемристоры, модифицируя графен химическим путем, с целью получить систему квантовых точек в матрице фторированного графена. Преимущество облучения в том, что оно позволяет добиться создания нужной для работы мемристоров системы более контролируемо и воспроизводимо. Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 19-72-10046, руководитель Н. А. Небогатикова).
«Наши мемристорные системы на основе облученного фторированного графена открываются и закрываются благодаря формированию и разрушению путей протекания электрического тока по графеновым квантовым точкам. Разница токов в открытом и закрытом состоянии — 2—4 порядка: такого диапазона достаточно, чтобы сделать ячейки памяти. Мемристорная память энергонезависима и совмещает в себе достоинства оперативной и флеш-памяти. Переключение мемристора (из закрытого в открытое состояние), то есть перезапись информации, происходит за 30—40 наносекунд. Это примерно в 1 000 раз быстрее, чем у современной флеш-памяти», — поясняет автор исследования, научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Артём Ильич Иванов.
Научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат наук Артём Иванов за работой на 2D-принтере
Технология изготовления образцов довольно проста: на тонкие полимерные пленки из поливинилового спирта методом 2D-печати наносился фторированный графен, также созданный в ИФП СО РАН. Затем готовые структуры облучались в ОИЯИ высокоэнергетичными ионами, после чего во всех структурах наблюдались резистивные переключения — когда сопротивление материала обратимо меняется в ответ на изменение электрического поля.
«Наши дальнейшие планы работы с новым материалом — показать, как взаимодействуют ячейки памяти в массиве. Для этого мы сделаем небольшие логические электронные схемы: “и”, “не”, “или”. Существует множество параметров, на которые может влиять соединение ячеек, и нам нужно проверить, как будут мемристоры чувствовать себя в системе из нескольких элементов», — добавляет Артём Иванов.
Исследования по созданию энергонезависимой памяти для гибкой электроники ведутся во всем мире.
«В основном такую память пытаются сделать на основе оксида графена и полимерных материалов, дихалькогенидов металлов. У них есть свои плюсы и минусы: например, оксид графена способен восстанавливаться под действием напряжения, температуры — он менее стабилен, чем фторированный графен, который используем мы. Важно понимать, что в случае создания гибких носителей мы не соревнуемся с привычной твердотельной электроникой на кремнии — там иные свойства, многие параметры лучше, но твердотельная электроника не способна функционировать в условиях деформации», — подчеркивает исследователь. — Опубликованная работа — первый шаг в направлении использования облучения как метода формирования массива квантовых точек в матрице фторированного графена. Любая технология требует отладки. На экспериментальных, небольших объемах, с которыми мы работаем сейчас, наши образцы выглядят перспективно. Важно, что продемонстрирован метод, как надежно и сравнительно быстро получать мемристоры на основе фторированного графена со сформированными облучением квантовыми точками».
Пресс-служба ИФП СО РАН
Фото В. Яковлева
