Физика и химия материалов функциональной электроники (лекция 5)

1.

Физика и химия
материалов
функциональной
электроники
Лекция 5

2.

2

3.

Память
ПАМЯТИ УСТРОЙСТВА (запоминающие устройства) - в вычислит. технике (см. Электронная
вычислительная машина)устройства для записи, хранения и воспроизведения информации. В качестве
носителя информации может выступать сигнал, распространяющийся в среде, или сама среда; при этом
информация задаётся в виде параметров сигнала или параметров состояния среды соответственно.
Процесс записи информации осуществляется при воздействии сигнала на носитель, изменяющем
состояние этого носителя.
Обратный процесс - считывание информации - состоит в изменении параметров считывающего сигнала
или в его генерации под действием носителя.
Физические способы записи, хранения и считывания информации могут быть различными: электрическими,
магнитными, оптическими, акустическими и др.
Наим. участок среды - носителя информации, позволяющий хранить единицу информации, наз. элементом
памяти (ЭП).
П. у. характеризуется временем записи (считывания) информации, характерными временем её сохранения,
плотностью размещения информации на носителе, информац. ёмкостью, энергией, необходимой для
переключения ЭП, и т. п.
Время записи (считывания) информации определяется временем переключения ЭП из одного устойчивого
состояния в другое при записи (считывании) информации, характерное время сохранения информации
носителем - физ. принципами её хранения. Напр., время сохранения заряда на конденсаторе в
полупроводниковом П. у. существенно зависит от величины заряда и скорости его рассасывания (тока
утечки). Для увеличения времени сохранения информации она может периодически перезаписываться
(регенерироваться).
Плотность размещения информации определяется характерными размерами ЭП и измеряется
отношением числа бит, сохраняемых носителем, к его площади (или объёму для объёмных носителей).
Информац. ёмкость П. у. определяется произведением полного числа ЭП в П. у. на число бит в ЭП.

4.

Классификация запоминающих устройств
По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:
· постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем
(например, DVD-ROM). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.
· записываемые ЗУ, в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например,
DVD-R).
· многократно перезаписываемые ЗУ (например, DVD-RW).
· оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе её
обработки.
По типу доступа ЗУ делятся на:
· устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).
· устройства с произвольным доступом (RAM) (например, оперативная память).
· устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).
· устройства с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности БД)
По геометрическому исполнению:
· дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);
· ленточные (магнитные ленты, перфоленты);
· барабанные (магнитные барабаны);
· карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.)
· печатные платы (карты DRAM).
По физическому принципу:
· перфорационные (перфокарта; перфолента);
· с магнитной записью (ферритовые сердечники, магнитные диски, магнитные ленты, магнитные карты);
· оптические (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disc);
· использующие эффекты в полупроводниках (флэш-память) и другие.
По форме записанной информации выделяют аналоговые и цифровые запоминающие устройства.

5.

РЕЗИСТИВНАЯ ПАМЯТЬ
(МЕМРИСТОР)

6.

Классификация ячеек резистивной
памяти

7.

Принцип работы мемристора
7

8.

Сульфидизация массива кластеров Ag
РЭМ- изображения, гистограммы
распределения числа кластеров серебра от
их размеров, сформированных на
поверхности SiO2 (а), Cu (б)
Зависимость преобладающего диаметра
массива кластеров Ag2S от времени
сульфидизации
8

9.

Исследование ВАХ двухзондовым методом
50 нм
90 нм
9
120 нм
-область 1- нелинейный характер ВАХ Режимы переключения в пленках, определенные по ВАХ
образца;
№
d, нм
│UON│, В
│UOFF│, В
-UON-напряжение записи;
15±3
-область 2- линейный характер ВАХ
1
0,2
0,28
образца и «записанное состояние».
30±3
2
0,4
0,45
-области 3 и 4-считывание,
50±3
3
0,45
0,6
-UOFF -напряжение стирания;
-область 5- нелинейный характер ВАХ
90±4
4
0,6
0,64
образца и «незаписанное состояние»
5
120±5
1,4
1

10.

ФАЗОВАЯ ПАМЯТЬ

11.

Принцип работы PCM

12.

Соединение Ge-Sb-Te
(а)
(б)
Reset (“0”)
Set (“1”)
(А). Пространственное расположение атомов: а – аморфное, б – кристаллическое состояние
6
0,45
10
0,40
5
0,35
Reset (“0”)
4
0,30
10
0,25
0,20
3
10
TOn-Set
0,15
2
0,10
10
0,05
1
10
0,00
-0,05
0
10
0
25
50
75
100
125
Temperature, °C
150
175
200
-0,10
225
DSC/m, W/g
Resistivity, Ohm·cm
10
(Б). Температурная зависимость
удельного сопротивления и
ДСК-кривая тонкой пленки
Ge2Sb2Te5

13.

МАГНИТНАЯ ПАМЯТЬ
(НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
МАГНИТНЫХ ДОМЕНАХ)

14.

• Др. типом магн. ЭП является устройство на цилиндрических магнитных
доменах (ЦМД). В нем осуществляется перемещение ЦМД по направлению
от головки записи к головке чтения при приложении внешнего продольного
поля, создаваемого путём коммутации тока системой проводников в
подложке.
Мин. размер магн. ЭП составляет от 5 мкм для магн. ленты (диска) до 1 мкм
для ЦМД. Плотность записи информации с учётом технол. особенностей
изготовления магн. П. у. составляет для магн. Ленты 600 бит/мм, для магн.
диска ~ 104 бит/мм2, для П. у. на ЦМД может достигать ~105 бит/мм2.
Характерное время сохранения информации в магн. П. у. определяется
естеств. размагничиванием носителя (практически от неск. лет до неск.
десятков лет). Время записи (считывания) в таких П. у. ограничено не
временем перемагничивания, а, как правило, скоростью движения носителя,
электронными схемами управления П. у. и т. п. Достигнутые скорости
считывания информации лежат в диапазоне от 1100 кбит/с для магн. ленты
до 1 Мбит/с для П. у. на ЦМД и10 Мбит/с для магн. дисков.
Достоинствами магн. П. у. являются их энергонезависимость (способность
сохранять информацию при отключении питания) при хранении
информации и высокая радиац. стойкость.

15.

Принцип работы