В лаборатории создан новый сегнетоэлектрический конденсатор, способный выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи. В отличие от существующих флэш-накопителей, сегнетоэлектрические запоминающие устройства устойчивы к воздействию космических лучей и могут функционировать в космосе.
Энергонезависимые запоминающие устройства на основе сегнетоэлектрических пленок с электрически управляемой спонтанной поляризацией обладают большим потенциалом благодаря малому энергопотреблению, высокой скорости записи и теоретически неограниченной выносливости.
В электронной индустрии внедряют новые технологии энергонезависимой памяти для увеличения срока службы и скорости доступа по сравнению с твердотельными накопителями и флэш-накопителями. Одним из перспективных кандидатов является память на основе диоксида гафния, использующая уже известный в микроэлектронике диэлектрический материал.
При определённой температуре обработки и легирования некоторые тонкие слои диоксида гафния могут образовывать метастабильные кристаллы с сегнетоэлектрическими свойствами.
Новая ячейка памяти обладает структурой, аналогичной электрическому конденсатору. Её составляющая — пленка оксида циркония-гафния толщиной около 10 нанометров, размещенная между двумя электродами.
Для применения сегнетоэлектрических конденсаторов в качестве ячеек памяти требуется максимальное увеличение остаточной поляризации. Гарантировать это возможно только при глубоком понимании процессов, протекающих в нанопленках, включая измерение распределения электрического потенциала по ним.
Переломный момент в разработке энергонезависимой памяти нового поколения.
Открытие сегнетоэлектрической фазы в оксиде гафния произошло десять лет назад, но ученые до сих пор не могут измерить распределение её потенциала в наномасштабе.
Ученые МФТИ создали оригинальный способ выявления распределения электрического потенциала на сегнетоэлектрическом конденсаторе.
Для изучения конденсатора памяти применяли жесткую рентгеновскую фотоэмиссионную спектроскопию. Метод основан на режиме стоячей волны сильного монохроматического рентгеновского пучка и измеряет локальный электростатический потенциал, изучая сдвиги линий на уровне ядра.
Результаты демонстрируют нелинейность профиля электрического потенциала в слое оксида циркония-гафния, который меняется при смене полярности.
Ученые, использовав данные сканирующей просвечивающей электронной микроскопии совместно с теоретическим моделированием, прояснили нелинейное потенциальное поведение в оксиде циркония-гафния с помощью анализа дефектов на границах и их зарядового состояния, которое модулируется сегнетоэлектрической поляризацией.
Это исследование даёт новое понимание внутренней электроники сегнетоэлектрических конденсаторов из оксида гафния и объясняет их важность для технических устройств памяти.
Учёные заявляют, что разработанный ими сегнетоэлектрический конденсатор способен прослужить до десяти миллиардов циклов перезаписи, что в сто тысяч раз превышает показатели современных флеш-памятей.
В отличие от полупроводниковых, сегнетоэлектрические запоминающие устройства устойчивы к внешнему излучению. Это позволяет им выдерживать воздействие космических лучей и функционировать в условиях космоса.
Источник: