Лаборатория мемристорной наноэлектроники
Руководитель: Михайлов Алексей Николаевич, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией
Научный коллектив:
1. Михайлов Алексей Николаевич, кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией
2. Антонов Дмитрий Александрович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
3. Антонов Иван Николаевич, ведущий инженер
4. Белов Александр Сергеевич, младший научный сотрудник
5. Белов Алексей Иванович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
6. Грязнов Евгений Геннадьевич, младший научный сотрудник
7. Гусейнов Давуд Вадимович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
8. Жевненко Дмитрий Алексеевич, научный сотрудник
9. Коряжкина Мария Николаевна, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
10. Котина Алина Юрьевна, ведущий инженер
11. Лукоянов Виталий Игоревич, младший научный сотрудник
12. Окулич Евгения Викторовна, младший научный сотрудник
13. Рябова Маргарита Артуровна, лаборант
14. Слиняков Юрий Германович, лаборант
15. Филатов Дмитрий Олегович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
16. Шишмакова Валерия Алексеевна, лаборант-исследователь
Основные научные направления:
Мемристивные оксидные наноматериалы для энергонезависимой резистивной памяти и нейроморфных устройств
Цели научных исследований:
Исследование и разработка мемристивных оксидных наноматериалов и технологий изготовления элементной базы нейроморфных систем искусственного интеллекта
Задачи:
1) Глубокое изучение физических и физико-химических явлений в тонких пленках оксидов и на границах их раздела с металлическими электродами с целью выбора и обоснования новых вариантов и технологических решений для изготовления мемристивных оксидных наноматериалов.
2) Изготовление и исследование тонкопленочных мемристивных наноматериалов на основе одиночных и комбинированных оксидов в сочетании с различными материалами электродов, демонстрирующих воспроизводимое резистивное переключение с наилучшими значениями таких характеристик, как количество циклов записи-стирания, количество резистивных состояний, время удержания состояния, время и напряжение записи-считывания.
3) Разработка адекватных физико-математических моделей и SPICE-моделей, позволяющих описать и предсказать поведение мемристивных наноматериалов при резистивном переключении и необходимых для проектирования элементов памяти ReRAM и элементов нейроморфных вычислительных систем (элементов кроссбар).
4) Разработка методик и алгоритмов для управления резистивным состоянием мемристивных устройств в составе элементов памяти ReRAM и элементов кроссбар (реализации многократных операций записи-считывания, программирования заданных резистивных состояний, эмуляции синаптической пластичности).
5) Разработка и изготовление лабораторных образцов элементов памяти ReRAM и элементов кроссбар в интегральном исполнении, исследование их параметров, необходимых для реализации микросхем памяти ReRAM и нейроморфных вычислительных систем.
6) Разработка технических решений (конструктивных, топологических, технологических, схемотехнических) и способов их использования для реализации на одном чипе элементов памяти ReRAM, элементов кроссбар и управляющих схем, необходимых для изготовления микросхем резистивной памяти и нейронных сетей, осуществляющих параллельную обработку информации в памяти.
Основные значимые результаты:
2022
Выбор и обоснование новых вариантов и технологических решений для изготовления мемристивных оксидных наноматериалов на основе изучения физических и физико-химических явлений в тонких пленках оксидов и на границах их раздела с металлическими электродами.
2023
Новые конструктивные варианты тонкопленочных мемристивных наноматериалов на основе одиночных и комбинированных оксидов в сочетании с различными материалами электродов. Адекватные физико-математические модели и SPICE-модели, необходимые для проектирования элементов памяти ReRAM и элементов нейроморфных вычислительных систем (элементов кроссбар). Методики и алгоритмы для управления резистивным состоянием мемристивных устройств в составе элементов памяти ReRAM и элементов кроссбар.
2024
Лабораторные образцы элементов памяти ReRAM и элементов кроссбар в интегральном исполнении с параметрами, необходимыми для реализации микросхем памяти ReRAM и нейроморфных вычислительных систем. Технические решения и предложения по способам их использования для реализации на одном чипе элементов памяти ReRAM, элементов кроссбар и управляющих схем, необходимых для изготовления микросхем резистивной памяти и нейронных сетей, осуществляющих параллельную обработку информации в памяти.
Основные значимые публикации:
Variability in resistive memories / J.B. Roldán, E. Miranda, D. Maldonado, A.N. Mikhaylov, N.V. Agudov, A.A. Dubkov, M.N. Koryazhkina, M.B. González, M.A. Villena, S. Poblador, M. Saludes-Tapia, R. Picos, F. Jiménez-Molinos, S. G. Stavrinides, E. Salvador, F.J. Alonso, F. Campabadal, B. Spagnolo, M. Lanza, L.O. Chua // Advanced Intelligent Systems. – 2022. – Направлено для опубликования.
Effect of training pulse parameters on the synaptic plasticity of a ZrO2(Y)-based memristive device / M.N. Koryazhkina, M.A. Ryabova, E.V. Okulich, A.I. Belov, I.N. Antonov, M.E. Shenina, S.A. Shchanikov, A.N. Mikhaylov, D.O. Filatov, D. Valenti, B. Spagnolo // Physica Status Solidi (b). – 2022. – Направлено для опубликования.
Electrical properties and resistive switching in Au/Zr/Si-based dielectric/TiN thin-film devices / M.N. Koryazhkina, D.O. Filatov, S.V. Tikhov, A.I. Belov, D.S. Korolev, A.V. Kruglov, R.N. Kryukov, S.Yu. Zubkov, V.A. Vorontsov, D.A. Pavlov, D.I. Tetelbaum, A.N. Mikhaylov, S. Kim // International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – Направлено для опубликования.
Патенты:
Топология тестового кристалла с функциональными блоками микросхемы энергонезависимой резистивной памяти / Е.Г. Грязнов, И.Н. Антонов, В.Е. Котомина, Д.С. Королев, А.Н. Шарапов, А.Н. Михайлов // Топология интегральной микросхемы. – Подготовлена заявка для регистрации в ФИПС.
Коллектив лаборатории активно развивает научно-техническое сотрудничество по теме проекта с многочисленными партнерами из России, Европы, Америки и Азии как в рамках неформального взаимодействия (инициативных исследований с совместными публикациями), так и в рамках заключенных соглашений и договоров. Так, за последние 5 лет совместно с российскими коллективами из НИЦ «Курчатовский институт», Муромского института ВлГУ, НГТУ им. Р.Е. Алексеева успешно выполнены или выполняются международные проекты с научными центрами и университетами из Италии, Греции, Индии, Южной Кореи.
В качестве технологических партнеров проекта выступают ведущие российские разработчики и производители микроэлектроники АО «НИИМЭ» и НИИИС им. Ю.Е. Седакова (филиал РФЯЦ ВНИИЭФ). На базе технологических партнеров запланирована опытно-конструкторская реализация результатов НИР. Первоочередные задачи на этом пути могут быть решены на технологической линии КМОП КНИ 0,35 мкм НИИИС (Нижний Новгород) до конца 2025 года. Масштабирование технологии может быть реализовано на площадке полного цикла НИИМЭ и Микрон 180/90/65 нм (Зеленоград).