Написано AZoNano 11 декабря 2019

Исследователи из Московского физико-технического института вместе со своими коллегами из Германии и США добились прорыва на пути к новым типам энергонезависимых устройств памяти. Команда разработала уникальный метод измерения распределения электрического потенциала по сегнетоэлектрическому конденсатору – устройству, лежащему в основе памяти будущего, которое будет на несколько порядков быстрее, чем современные флэш-накопители и твердотельные накопители, выдерживая в 1 миллион раз больше много циклов переписывания. Статья была опубликована в Nanoscale .

Электронные компании во всем мире внедряют новые технологии энергонезависимой памяти, чтобы обеспечить значительно более высокую скорость доступа и более длительный срок службы по сравнению с современными флэш-накопителями и твердотельными накопителями. Одним из ведущих претендентов является память на основе диоксида гафния. Используемый материал является диэлектриком, уже известным в микроэлектронике. Подвергнутый определенной температурной обработке и легированию, слой диоксида гафния толщиной в несколько нанометров может образовывать метастабильные кристаллы, которые обладают сегнетоэлектрическими свойствами, то есть они «запоминают» направление электрического поля, приложенного к ним.

Новая ячейка памяти представляет собой пленку оксида циркония-гафния толщиной всего 10 нанометров, проложенную между двумя электродами. Его структура напоминает обычный электрический конденсатор. Чтобы сделать сегнетоэлектрические конденсаторы пригодными для использования в качестве ячеек памяти, их остаточная поляризация должна быть максимально увеличена; и чтобы гарантировать, что инженерам необходимо детальное понимание процессов, которые происходят в нанопленке. Это включает в себя объяснение того, как электрический потенциал распределяется по пленке после приложения напряжения и изменения поляризации. С момента открытия сегнетоэлектрической фазы в оксиде гафния 10 лет назад распределение потенциала на наноуровне только моделировалось, но не измерялось напрямую. Последнее было сообщено в недавней работе в Nanoscale .

Команда использовала метод, известный как высокоэнергетическая рентгеновская фотоэмиссионная спектроскопия. Специализированная методология, разработанная в МФТИ, основана на так называемой моде стоячей волны мощного монохроматического рентгеновского луча, для производства которой требуется источник синхротронного излучения. Машина, использованная в исследовании, находится в Гамбурге, Германия. Он использовался для измерений прототипов ячеек памяти на основе оксида гафния, изготовленных в МФТИ.

« При использовании для промышленного производства энергонезависимых ячеек памяти сегнетоэлектрические конденсаторы, разработанные в нашей лаборатории, могут выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи, что в 100 000 раз больше, чем могут выдержать современные флеш-накопители, », – сказал соавтор исследования Андрей Зенкевич который возглавляет лабораторию функциональных материалов и приборов для наноэлектроники в МФТИ.

Еще одним преимуществом сегнетоэлектрических запоминающих устройств является то, что внешнее излучение не оказывает на них абсолютно никакого влияния, в отличие от их полупроводниковых аналогов. Это означает, что подобная вспышке память о будущем может даже выдерживать воздействие космических лучей и работать в космосе.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Источник: https://mipt.ru/english/