Новый сегнетоэлектрический конденсатор, построенный в лаборатории, мог бы пережить 10 миллиардов циклов перезаписи. В отличие от существующих флэш-накопителей, сегнетоэлектрические запоминающие устройства могут выдерживать воздействие космических лучей и даже работать в космическом пространстве.
Концепция энергонезависимых запоминающих устройств, использующих сегнетоэлектрические тонкие листы с электрически переключаемой спонтанной поляризацией, имеет огромный потенциал благодаря очень низкому энергопотреблению, высокой скорости записи и теоретически неограниченной выносливости.
Сегодня электронная индустрия внедряет новые технологии энергонезависимой памяти, чтобы продлить срок службы и увеличить скорость доступа по сравнению с существующими твердотельными накопителями и флэш-накопителями. Одним из перспективных кандидатов является память на основе диоксида гафния. Он использует диэлектрический материал, который уже известен в микроэлектронике.
При определенной температуре обработки и легирования некоторые тонкие слои диоксида гафния могут образовывать метастабильные кристаллы, которые проявляют сегнетоэлектрические свойства. Это означает, что эти кристаллы могут «запоминать» направление приложенного к ним электрического поля.
Структура этой новой ячейки памяти (пленка оксида циркония-гафния) напоминает обычный электрический конденсатор. Он имеет толщину приблизительно 10 нанометров и расположен между двумя электродами.
Остаточная поляризация сегнетоэлектрических конденсаторов должна быть максимально увеличена, чтобы их можно было использовать в качестве ячеек памяти. Однако, чтобы гарантировать, что исследователи должны глубоко понимать процессы, которые происходят в тонкой пленке. Это включает в себя измерение электрического потенциала, распределенного по нанопленке.
Прорыв на пути к новым типам энергонезависимой памяти
Хотя сегнетоэлектрическая фаза в оксиде гафния была открыта десять лет назад, ученые пока не смогли непосредственно измерить ее потенциальное распределение в наноразмерном диапазоне.
Теперь исследователи из Московского физико-технического института разработали уникальную методику определения распределения электрического потенциала на сегнетоэлектрическом конденсаторе.
Они использовали жесткую рентгеновскую фотоэмиссионную спектроскопию для исследования конденсатора памяти. Методика основана на режиме стоячей волны сильного монохроматического рентгеновского пучка. Он измеряет локальный электростатический потенциал, изучая сдвиги линий на уровне ядра.
Полученные данные показывают, что профиль электрического потенциала в слое оксида циркония-гафния является нелинейным и изменяется при переключении поляризации.
Исследователи объединили данные сканирующей просвечивающей электронной микроскопии с теоретическим моделированием и объяснили наблюдаемое нелинейное потенциальное поведение в терминах дефектов в оксиде циркония-гафния на обеих границах и их зарядовое состояние, модулированное сегнетоэлектрической поляризацией.
Таким образом, исследование проливает новый свет на внутренние электронные свойства сегнетоэлектрических конденсаторов на основе оксида гафния и на то, почему они важны для технических устройств памяти.
Исследователи утверждают, что встроенный в их лабораторию сегнетоэлектрический конденсатор может выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи, что почти в 100 000 раз больше, чем может выдержать современная флешка.
В отличие от полупроводниковых устройств, сегнетоэлектрические запоминающие устройства не подвержены воздействию внешнего излучения. Это означает, что они могут противостоять воздействию космических лучей и даже работать в космосе.
Источник: