b'\n_START_ARTICLE_\nRRAM\n_START_SECTION_\nAjalugu\n_START_PARAGRAPH_\nTakistusl\xc3\xbclituse fenomeni oksiidide hulgas on intensiivselt uuritud juba mitu aastat. Esimesed sammud tehti Stanfordis 1964. aastal, kui tuvastati NiO (nikkeloksiidi) ja muudegi metallioksiidide ebastabiilsus volt/amper rakendustes._NEWLINE_2000. aastal avastas Houstoni \xc3\xbclikool PrCaMnO negatiivse takistuse._NEWLINE_2002 Sharp ja IEDM nimetasid RRAM-i ja valmistavad esimese 1D1R-arhitektuuriga m\xc3\xa4luraku massiivi ._NEWLINE_2004. aastal Samsung ja IEDM m\xc3\xa4lurakk ReRAM, mis p\xc3\xb5hines NiO-l._NEWLINE_2008 ITRI/NTHU valmistasid esimese dioksiidtakistusm\xc3\xa4lu (ik binary oxide), kus ITRI kasutas oksiidina HfO\xe2\x82\x82._NEWLINE_RRAM-m\xc3\xa4lu tehnoloogia kohta on rohkesti artikleid ilmunud ja uurimusi tehtud alates 2010. aastast. Sellest ajast on valdkonda uurinud ka eesti teadlased._NEWLINE_2012. aastal ostis Rambus 35 miljoni dollari eest RRAM-i tehase Unity Semiconductor. 2012. aasta mais avaldas Panasonic tantaaloksiidip\xc3\xb5hise RRAM-m\xc3\xa4luraku tootmiskulude aruande._NEWLINE_2014. aastast tegeldakse Tartu \xc3\x9clikooli Kiletehnoloogia laboris HfO\xe2\x82\x82, TiO\xe2\x82\x82 ja ZrO\xe2\x82\x82 uurimisega.\n_START_SECTION_\nRRAM-i struktuur\n_START_PARAGRAPH_\nEhituselt n\xc3\xa4eb RRAM-m\xc3\xa4luraku struktuur v\xc3\xa4lja v\xc3\xb5ileivalaadne, kus paar eraldavat kihti koos oksiidiga on kahe elektroodi vahel. Selliste struktuuride puhul on oluline, et kihid oleksid \xc3\xbchtlase struktuuriga ja t\xc3\xa4pselt kontrollitud paksusega . K\xc3\xb5ik kihid saadakse kiletehnoloogiliste v\xc3\xb5imalustega. K\xc3\xb5ige t\xc3\xa4psemini v\xc3\xb5imaldab sellist struktuuri valmistada aatomkihtsadestamise meetod. Takistusl\xc3\xbclitus on j\xc3\xa4lgitav mitmete funktsioonidega materjalides, dielektrikes, ferroelektrikes, ferromagneetikutes ja pooljuhtmaterjalides, mis on tavaliselt oksiidid. Enamikus materjalides esineb filamentide teke, kuid on ka esinenud materjale, kus filamente ei teki. Dielektrik oksiididena on k\xc3\xb5ige p\xc3\xb5hjalikumalt uuritud n\xc3\xa4iteks NiO, TiO\xe2\x82\x82, ZrO\xe2\x82\x82, HfO\xe2\x82\x82.\n_START_SECTION_\nTakistusl\xc3\xbclitus\n_START_PARAGRAPH_\nTakistuslik l\xc3\xbclitumine on protsess, mis on avastatud m\xc3\xb5ningate \xc3\xbchendite kombinatsioonides. \xc3\x9cldjuhul on tegemist kiletehnoloogiliste v\xc3\xb5tetega valmistatud struktuurides, kus m\xc3\xa4lurakk moodustub kolmekihilisest paketist. Enim uuritud on metall-oksiid-metall struktuurid. Takistuslik l\xc3\xbclitumine avaldub sellise paketi elektrilisel m\xc3\xb5jutamisel, kas voolu v\xc3\xb5i pingega, mist\xc3\xb5ttu m\xc3\xa4luraku takistus muutub. See muutus takistuses, s\xc3\xb5ltuvalt struktuurist, s\xc3\xa4ilib kuni j\xc3\xa4rgmise m\xc3\xb5jutuseni. Takistuslikku l\xc3\xbclitumist oleks seet\xc3\xb5ttu v\xc3\xb5imalik rakendada nii p\xc3\xbcsi- kui muutm\xc3\xa4lude valmistamisel. Takistuslikul l\xc3\xbclitumisel eristatakse kahte faasi: madaltakistuslikku ehk h\xc3\xa4sti juhtivat olekut ja k\xc3\xb5rgtakistuslikku ehk halvasti juhtivat olekut. Neid erinevaid faase v\xc3\xb5iks vaadelda kui biti k\xc3\xb5rge ja madal olek arvutitehnikas. Otstarbekas oleks kasutada t\xc3\xa4hiseid RSET ja RRESET vastavalt madaltakistusliku ja k\xc3\xb5rgtakistusliku olukorra eristamiseks. _NEWLINE_Selleks et takistusm\xc3\xa4lurakk oleks v\xc3\xb5imeline v\xc3\xb5istlema k\xc3\xa4ibel olevate m\xc3\xa4lutehnoloogiatega nagu v\xc3\xa4lkm\xc3\xa4lu, peab suhe RRESET/RSET olema suurem kui 10. Selleks et takistusm\xc3\xa4lu s\xc3\xa4ilitaks oma oleku, peab lugemispinge UL olema v\xc3\xa4iksem kui kirjutamispinge UK. Arvestades elektroonika optimaalseid t\xc3\xb6\xc3\xb6tingimusi, ei saa lugemisel kulgev vool olla v\xc3\xa4iksem kui 1 \xc2\xb5A._NEWLINE_Eristatakse samal pinge polaarsusel toimuvat l\xc3\xbclitumist ehk unipolaarset l\xc3\xbclitumist (UP) ja erinevate polaarsuste vahelist l\xc3\xbclitumist ehk bipolaarset l\xc3\xbclitumist (BP). Unipolaarsel l\xc3\xbclitumisel toimub m\xc3\xa4luraku k\xc3\xb5rge ja madala seisundi saavutamine samal pinge polaarsusel. Bipolaarse l\xc3\xbclitumiste korral on m\xc3\xa4luraku oleku muutmiseks vaja rakendada uue oleku saavutamiseks kasutatud pingele vastasm\xc3\xa4rgilist pinget. Mittepolaarse l\xc3\xbclitumise korral on juhtimiseks kasutatavad voolud suuremad kui polaarse l\xc3\xbclitumise korral. Suuremad voolud kipuvad p\xc3\xb5hjustama mitte-taastuvaid l\xc3\xa4bil\xc3\xb6\xc3\xb6ke struktuuris, mis sisuliselt t\xc3\xa4hendab raku h\xc3\xa4vimist. Sellest tingituna peab mittepolaarse l\xc3\xbclitumise korral alati piirama voolu. Polaarse l\xc3\xbclitumise korral \xc3\xbcldjuhul piiratakse voolu madala juhtivuse saavutamisel, k\xc3\xb5rgjuhtivuse saavutamiseks pole voolu piiramine vajalik, kuna voolu piirab raku enda takistus._NEWLINE_Polaarse l\xc3\xbclitumise korral saab eristada m\xc3\xa4lurakkude omadusi vastavalt volt-amper karakteristiku liikumisele. Eristatakse "vastukaheksa-" ja "kaheksa-"suunalisi m\xc3\xa4lurakke. "Vastukaheksa-" suunalise karakteristikuga m\xc3\xa4lurakul moodustuvad juhtivad filamendid \xc3\xbchtlaselt \xc3\xbcle struktuuri. Seet\xc3\xb5ttu pole sellise raku korral oluline elektroodide suurus. "Kaheksa-" suunalise karakteristikuga m\xc3\xa4lurakus moodustuvad filamendid \xc3\xbchtlaselt ainult elektroodide vahelisel alal._NEWLINE_RRAM-m\xc3\xa4luraku eelis muutm\xc3\xa4luna oleks v\xc3\xa4hene energia tarve. Erinevalt DRAM-rakust ei pea raku v\xc3\xa4\xc3\xa4rtust pidevalt v\xc3\xa4rskendama. Muutm\xc3\xa4luna kasutamisel on oluline saavutada v\xc3\xa4ga suur (piiramatu) l\xc3\xbclitumiste arv. P\xc3\xbcsim\xc3\xa4luna on suur kirjutamiste arv boonus, aga olulisem on raku v\xc3\xb5ime s\xc3\xa4ilitada oma olekut piisavalt kaua.\n_START_SECTION_\nTakistusl\xc3\xbclituse mehhanismid\n_START_PARAGRAPH_\nTakistusl\xc3\xbclituste mehhanism pole p\xc3\xa4ris l\xc3\xb5plikult teada, aga siiski on teadlased n\xc3\xb5ustunud m\xc3\xb5ningate \xc3\xbcldiste p\xc3\xb5him\xc3\xb5tete ja mehhanismide osas. Allj\xc3\xa4rgnevalt on v\xc3\xa4lja toodud kolm k\xc3\xb5ige levinumat mehhanismi, kuid tuleb silmas pidada, et ka nende mehhanismide toimumine pole l\xc3\xb5plikult selge. Peamiselt on takistusl\xc3\xbclitus seotud elektriv\xc3\xa4lja p\xc3\xb5hjustatud struktuuriliste muutustega.\n_START_SECTION_\nElektrokeemiline metalliseerumine\n_START_PARAGRAPH_\n\xc3\x9cldjuhul kannab \xc3\xbcks elektrood suuremat rolli l\xc3\xbclitumises, seda nimetatakse ka aktiivseks elektroodiks. Teine elektrood on \xc3\xbcldjuhul inertne. Toimuvat protsessi v\xc3\xb5ib v\xc3\xb5rrelda elektrol\xc3\xbc\xc3\xbcsi anoodilise reaktsiooniga [3]. Anoodiks on aktiivne elektrood, millelt eralduvad positiivse laenguga metalli katioonid liiguvad katoodile. Kui katioonid saavad katoodilt elektroni, hakkavad nad kuhjuma ja moodustama filamenti. Moodustuv filament kasvab anoodi poole. Kui filament puutub anoodi, siis on moodustunud nn juhtiv filament ja rakk on k\xc3\xb5rges olekus (RSET). \xc3\x9cmber l\xc3\xbclitumiseks ehk raku madalasse olekusse viimiseks (RRESET) vahetatakse elektriv\xc3\xa4lja polaarsus elektroodide vahel. Polaarsuse muutumisel vabanevad filamenti moodustunud metalli katioonid ja suunduvad tagasi aktiivsele elektroodile. On oluline m\xc3\xa4rkida, et see protsess algab aktiivse elektroodi l\xc3\xa4hedal ja metalli katioonide tagasi r\xc3\xa4ndega katkeb filament aktiivse elektroodi juures. Allesj\xc3\xa4\xc3\xa4nud filament s\xc3\xa4ilib ja edaspidine l\xc3\xbclitumine toimubki filamendi tipu ja aktiivse elektroodi vahel. Esimest filamendi moodustumist nimetatakse formeerimiseks.See protsess on vajalik, et edasised l\xc3\xbclitumised saaksid toimuda. Kirjeldatud mehhanismi on t\xc3\xa4heldatud enamasti bipolaarse takistusl\xc3\xbclitusega rakkude puhul.\n_START_SECTION_\nValentsi muutusel p\xc3\xb5hinev m\xc3\xa4luefekt\n_START_PARAGRAPH_\nOksiidides on k\xc3\xb5ige levinumad defektid hapniku vakantsid. Hapniku vakantse peetakse \xc3\xbchtedeks peamisteks takistusl\xc3\xbclituse n\xc3\xa4htuse p\xc3\xb5hjustajateks. Nende paigutus ja kontsentratsioon m\xc3\xb5jutab oluliselt oksiidi takistust ja juhtivust. Hapniku vakantsid t\xc3\xb6\xc3\xb6tavad paljudes pooljuhtides doonoritena, ehk v\xc3\xb5imaldavad elektronide r\xc3\xa4nnet. Takistusjuhtivates m\xc3\xa4lurakkudes on t\xc3\xa4heldatud hapniku vakanstide grupeerumist ja filamendi kujuliste moodustiste tekkimist elektriv\xc3\xa4lja toimel. Moodustunud filamentide piirkonnas on oksiidi takistus madalam kui k\xc3\xb5rvalistes piirkondades, kus filamente ei ole. Hapniku vakantsid m\xc3\xb5jutavad siirdemetalli oksiidis metalli katioonide valentsolekut. Kui metalli katioonid \xc3\xbchinevad hapniku vakantsidega, siis nende laengud neutraliseeruvad ja juhtivusv\xc3\xb6\xc3\xb6ndi elektronide arv suureneb. See omakorda p\xc3\xb5hjustab juhtivuse suurenemist selles piirkonnas. Kuna oksiidi ja metalli elektronide v\xc3\xa4ljumist\xc3\xb6\xc3\xb6 on erinev, saab moodustuda Schottky barj\xc3\xa4\xc3\xa4r. Hapniku vakantsid ja juhtivad \xc3\xbchendid m\xc3\xb5jutavad Schottky barj\xc3\xa4\xc3\xa4ri moodustumist. Nende jaotumine ja tihedus muutub elektriv\xc3\xa4lja rakendumisel ning muutub ka Schottky barj\xc3\xa4\xc3\xa4ri k\xc3\xb5rgus ja laius. Need muutused p\xc3\xb5hjustavad erinevat takistust struktuuris. Valentsi muutumise mehhanismil kirjeldatud l\xc3\xbclitumised on valdavad bipolaarse l\xc3\xbclitumisega rakkude puhul.\n_START_SECTION_\nTermokeemiline m\xc3\xa4luefekt\n_START_PARAGRAPH_\nTermokeemiline mehhanism esineb rakkudes, kus dielektrikuks on siirdemetalli oksiid. See mehhanism on valdav unipolaarse l\xc3\xbclitumisega rakkudes. Sarnaselt valentsi muutumise mehhanismiga p\xc3\xb5hineb ka termokeemiline mehhanism siirdemetalli katioonide valentsoleku muutusel. Erinevuseks on see, et termokeemiline mehhanism on p\xc3\xb5hjustatud temperatuuri poolt. Siirdemetallides, millel puuduvad stabiilsed faasid, p\xc3\xb5hjustab temperatuur metalli katioonide v\xc3\xa4henemist ja metalli filamentide moodustumist. Selliste dielektrikute takistuse muutumine on temperatuuritundlikum kui puhaste metallide puhul, mida omakorda v\xc3\xb5ivad p\xc3\xb5hjustada defektid struktuuri juhtivas faasis._NEWLINE_Nende mehhanismide tegelik toimimine pole t\xc3\xa4ielikult selge ja seega v\xc3\xb5ib l\xc3\xbclitumine toimida ka mitme mehhanismi koostoimel. N\xc3\xa4iteks v\xc3\xb5ivad aktiivselt elektroodilt eralduvad metalli katioonid moodustada oksiidi hapnikuvakantsidega omakorda \xc3\xbchendeid. Aktiivse elektroodi materjal valitakse nii, et moodustunud oksiid oleks juhtiv.\n_START_SECTION_\nM\xc3\xa4luraku formeerimine\n_START_PARAGRAPH_\nTakistusl\xc3\xbclituse toimumiseks peab enamasti viima m\xc3\xa4luraku vastavasse seisundisse. Seda protseduuri nimetatakse formeerimiseks. Formeerimise k\xc3\xa4igus muudetakse m\xc3\xa4luraku algset struktuuri. Selleks pingestatakse rakk ja muudetakse kas pinge v\xc3\xa4\xc3\xa4rtust v\xc3\xb5i voolu tugevust lineaarselt, kuni formeerumine juhtub. \xc3\x9cldjuhul on formeerumiseks vajalik pinge ja vool suuremad kui hiljem l\xc3\xbclitamiseks tarvilik. Formeerumisel v\xc3\xb5ib toimuda l\xc3\xa4bil\xc3\xb6\xc3\xb6k, mis tavalise dielektriku korral nagu DRAM kondensaatoris on ebasoovitav, kuna see p\xc3\xb5hjustab kondensaatori h\xc3\xa4vimise [5]. RRAM-raku puhul on selline l\xc3\xa4bil\xc3\xb6\xc3\xb6k \xc3\xbcldjuhul taastuv. Formeerimisel on siiski oht objekti kahjustada, kuna juhtivuse j\xc3\xa4rsul suurenemisel suureneb h\xc3\xbcppeliselt ka vool. Seega on eelistatum, et formeerimine toimuks \xc3\xbcle voolu ette andmise. Sel juhul on vool kindlalt piiritletud nii, et rakk ei h\xc3\xa4vineks. M\xc3\xb5ndade materjalide korral toimub formeerumine l\xc3\xbclitamisega samadel pingetel ja vooludel. Selliseid m\xc3\xa4lurakke nimetatakse ka formeerimisvabadeks ja nende kasutamine pakub m\xc3\xa4lut\xc3\xb6\xc3\xb6stusele suuremat huvi. Vastavalt m\xc3\xa4luraku omadustele ja formeerimise viisile on v\xc3\xb5imalik rakk viia kas madal- v\xc3\xb5i k\xc3\xb5rgtakistuslikku seisundisse. Formeerimisel luuakse esmased juhtivad filamendid, mis on tarvilikud j\xc3\xa4rgnevateks l\xc3\xbclitumisteks. Formeerumise mehhanism on erinevate takistusm\xc3\xa4lu rakkude puhul erinev. N\xc3\xa4iteks bipolaarsele l\xc3\xbclitumisele on iseloomulik ioonide ja hapniku vakantside liikumine elektriv\xc3\xa4lja toimel. Samas unipolaarse l\xc3\xbclitumise korral toimub formeerumine enamasti termilise olukorra muutumise t\xc3\xb5ttu.\n_START_SECTION_\nKokkuv\xc3\xb5te ja tuleviku v\xc3\xa4ljavaated\n_START_PARAGRAPH_\nRRAM-tehnoloogia v\xc3\xb5imaldab realiseerida v\xc3\xa4ga suuri m\xc3\xa4lumassiive, saavutamaks suurt andmete mahutamist. RRAM vajab 1D1R arhitektuuri korral vaid kahte \xc3\xbchendust, t\xc3\xa4nu millele v\xc3\xb5ib teoreetiliselt luua suurel hulgal kihte. Selle tehnoloogia eeliseks on madal juhtimise pinge, mis aitab v\xc3\xa4ltida tootmisvigu ja saavutada tunduvalt suuremaid kirjutamise ja lugemise kordi kui varasematel p\xc3\xbcsim\xc3\xa4ludel. DRAM-h\xc3\xa4vim\xc3\xa4lu asendamine RRAM-s\xc3\xa4ilm\xc3\xa4luga v\xc3\xb5imaldaks v\xc3\xa4ga suurt energia kokkuhoidu. Takistusm\xc3\xa4lu on v\xc3\xb5imalik toota toatemperatuuridel, mis v\xc3\xb5iks muuta lihtsaks selle komponendi integreerimise erinevatesse elektroonilistesse seadmetesse. Usutakse, et RRAM loob m\xc3\xa4luseadmete uue generatsiooni, mis v\xc3\xb5imaldab suurt mahutavust ja odavamat tootmist.'