SFB 917: Resistively Switching Chalcogenides for Future Electronics - Structure, Kinetics and Device Scalability: 'Nanoswitches'

SFB 917:未来电子产品的电阻开关硫属化物 - 结构、动力学和器件可扩展性:“纳米开关”

基本信息

  • 批准号:
    167917811
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Collaborative Research Centres
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2010-12-31 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The demand for data storage and processing continues to increase exponentially. To cope with the in-creased burden on data storage and processing, changes in computing architecture and hardware are urgently needed. It is the goal of SFB 917 to employ nanoswitches to realize novel storage devices and new computing paradigms. In the second reporting period of SFB 917 significant advances have been made. In particular, we gained an in-depth understanding of the nanoscale redox-processes of VCM devices and could describe the switching kinetics over 14 orders of magnitude. These insights have helped us to switch VCM materials in less than 350 ps, while a superior PC material could be identified based on DFT calculations which switches with reduced power in less than 1 ns. Last but not least, we have identified a novel bonding mechanism in crystalline phase change materials, which differs significantly from the three main bonding mechanisms (ionic, metallic and covalent) discussed in textbooks. These insights have led to a novel map containing all four major bonding mechanisms. This implies that resistive switches with desirable properties can be tailored with this map. Hence, in the third funding period we can employ rational materials design to advance the microscopic understanding of resistive switching phenomena. We intend to employ such treasure maps to explore the limits of the application potential of VCMs and PCMs. Of particular relevance are the limits in switching speed, scalability and reliability, since these will define the range of applications that can be envisioned for this material class. We hence plan to employ several different concepts to produce nanosize switches and study their switching speed and reliability with the platform of analysis and characterization methods we have developed in the first two funding periods. We will study the physics of new, promising VCM variants and investigate the microscopic mechanisms which limit the reliability of corresponding cells. For both, VCM and PCM, we plan to explore the scalability limits based on the treasure maps which have been elaborated.
对数据存储和处理的需求继续呈指数级增长。为了科普数据存储和处理的负担增加,迫切需要改变计算架构和硬件。SFB 917的目标是采用纳米开关来实现新的存储设备和新的计算范例。 在SFB 917的第二个报告期内取得了重大进展。特别是,我们获得了深入的了解VCM器件的纳米级氧化还原过程,可以描述超过14个数量级的开关动力学。这些见解帮助我们在不到350 ps的时间内切换VCM材料,而基于DFT计算可以识别出上级PC材料,其在不到1 ns的时间内以降低的功率切换。最后但并非最不重要的是,我们已经确定了一种新的键合机制,在结晶相变材料,这显着不同于三个主要的键合机制(离子,金属和共价键)在教科书中讨论。这些见解导致了一个包含所有四种主要键合机制的新地图。这意味着具有期望特性的电阻开关可以利用该映射来定制。 因此,在第三个资助期内,我们可以采用合理的材料设计来推进对阻变现象的微观理解。我们打算利用这样的藏宝图来探索VCM和PCM的应用潜力的极限。特别相关的是开关速度、可扩展性和可靠性方面的限制,因为这些限制将定义这种材料类别可以设想的应用范围。因此,我们计划采用几种不同的概念来生产纳米开关,并利用我们在前两个资助期开发的分析和表征方法平台来研究它们的开关速度和可靠性。我们将研究新的,有前途的VCM变体的物理学,并研究限制相应细胞可靠性的微观机制。对于VCM和PCM,我们计划根据已经详细说明的宝藏图来探索可伸缩性限制。

项目成果

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知道了