Российские ученые получили материал для энергонезависимой памяти нового типа

 Поперечное сечение изготовленной структуры: пленка оксидов гафния и циркония, выращенная на подложке высоколегированного кремния. Изображение предоставлено авторами работы

Ученые из МФТИ впервые вырастили сверхтонкие (2,5 нанометра) сегнетоэлектрические пленки на основе оксида гафния, которые могут стать основой для элементов энергонезависимой памяти. Для получения материалов исследователи использовали метод, который широко применяется в производстве современных микропроцессоров.

Объем хранимой и обрабатываемой информации в мире удваивается каждые 1,5 года. Для работы с ней нужно все больше компьютерной памяти, прежде всего энергонезависимой, то есть такой, которая хранит информацию даже после отключения электропитания. Идеалом же была бы универсальная память, которая обладает быстротой оперативной памяти, вместимостью жесткого диска и знергонезависимостью флешки. Одним из самых перспективных подходов для создания такой технологии считают энергонезависимую память на сегнетоэлектрических туннельных переходах.

Компьютерная память на квантовом эффекте

Сегнетоэлектрик — это вещество, способное «запоминать» направление приложенного внешнего электрического поля. В принципе они не проводят электрический ток, но при очень малых толщинах сегнетоэлектрического слоя электроны с некоторой вероятностью все же могут через него проходить, благодаря туннельному эффекту, имеющему квантовую природу. Таким образом, запись информации в памяти на основе сегнетоэлектрических пленок производится подачей напряжения на электроды, примыкающие к сверхтонкому сегнетоэлектрику, а считывание — измерением туннельного тока.

Схематическое представление туннельного перехода на основе кремния. Изображение предоставлено авторами работы


Теоретически такая память может обладать исключительно высокой плотностью, скоростью записи и считывания, а также низким энергопотреблением. Она может стать энергонезависимой альтернативой для современной динамический оперативной памяти, в которой данные могут храниться без перезаписи только порядка 0,1 секунды. Однако до настоящего момента все изготовленные прототипы устройств на основе традиционных сегнетоэлектриков были несовместимы с кремниевой технологией, которая используется для производства большинства современных микросхем.

Новая разработка ученых

Команда исследователей из МФТИ при участии коллег из Университета Небраски (США) и Университета Лозанны (Швейцария) впервые экспериментально продемонстрировала, что сплавные поликристаллические пленки оксидов гафния и циркония толщиной всего 2,5 нм ) обладают нужными сегнетоэлектрическими свойствами. Оксид гафния уже используется при производстве современных кремниевых логических микросхем, а несколько лет назад в одной из его модификаций были обнаружены сегнетоэлектрические свойства. Заслуга ученых из МФТИ состоит в том, что им удалось вырастить сверхтонкую, туннельно-прозрачную пленку этого вещества на кремниевой подложке, сохранив при этом его сегнетоэлектрические свойства.

«Поскольку структуры из этого материала совместимы с кремниевой технологией, можно рассчитывать, что в ближайшем будущем непосредственно на кремнии могут быть созданы новые устройства энергонезависимой памяти с использованием сегнетоэлектрических поликристаллических слоев оксида гафния», — говорит ведущий автор исследования, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Андрей Зенкевич.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Appl. Mater. Interfaces. Работы по созданию новых ячеек памяти сейчас ведут ученые по всему миру. Так, недавно в другой лаборатории МФТИ исследователи предложили принципиально новую конструкцию сверхпроводящей памяти на основе сэндвичей из сверхпроводников и диэлектриков.
Теги:

Читать еще на Чердаке: