Wissenschaftler von MIPT haben einen Schritt in Richtung einer neuen "Flash"-Technologie gemacht

Die Entwicklung und Konstruktion von Geräten zur energieunabhängigen Speicherung digitaler Daten wird seit vielen Jahrzehnten vorangetrieben. Ein echter Durchbruch wurde vor etwas weniger als 20 Jahren mit dem NAND-Speicher erzielt, obwohl dessen Entwicklung bereits 20 Jahre zuvor begann. Heute, etwa ein halbes Jahrhundert nach Beginn der umfassenden Forschungen, der Produktionsaufnahme und unermüdlichen Bemühungen zur Verbesserung von NAND, erreicht dieser Speichertyp seine Grenzen in Bezug auf Entwicklungsmöglichkeiten. Es ist notwendig, die Grundlagen für den Übergang zu einem anderen Speichertyp mit besseren Energie-, Geschwindigkeits- und anderen Eigenschaften zu schaffen. Für die langfristige Perspektive könnte eine neue Art von speicherartiger sich als ferroelectric memory herausstellen.

Ferroelectrics (im Ausland wird der Begriff Ferroelektrika verwendet) sind Dielektrika, die über ein Gedächtnis für das angelegte elektrische Feld verfügen oder anders ausgedrückt, durch eine Restpolarisation von Ladungen charakterisiert sind. Das Gedächtnis in ferroelectric materials ist nicht neu. Die Herausforderung bestand darin, den Maßstab der ferroelectric cells auf nanometerskalige Dimensionen zu reduzieren.

Vor drei Jahren präsentierten Wissenschaftler am MIPT die Technologie zur Herstellung eines Dünnschichtmaterials für ferroelectric memory basierend auf Hafniumoxid (HfO2). Auch dieses Material ist nicht einzigartig. Dieses Dielektrikum wurde über mehrere Jahrgänge hinweg zur Herstellung von Transistoren mit Metallgittern in Prozessoren und anderer digitaler Logik verwendet. Auf der Grundlage der am MIPT vorgeschlagenen Legierung von polykristallinen Hafnium- und Zirkoniumoxidfilmen mit einer Dicke von 2,5 nm gelang es, Übergänge mit ferroelectric Eigenschaften zu schaffen.

Um die ferroelectrischen Kondensatoren (wie sie am MIPT genannt werden) als Speicherzellen zu nutzen, ist es notwendig, eine maximal mögliche Polarisation zu erreichen, wofür eine detaillierte Untersuchung der physikalischen Prozesse im Nanofilm erforderlich ist. Insbesondere ist es wichtig, ein Verständnis für die Verteilung des elektrischen Potentials innerhalb des Films bei Anlegen einer Spannung zu erhalten. Bis vor kurzem konnten Wissenschaftler sich nur auf mathematische Modelle zur Beschreibung des Phänomens stützen, und erst jetzt wurde eine Methode realisiert, die es ermöglicht hat, buchstäblich in das Material während des Phänomens hineinzusehen.

Die vorgeschlagene Methode, die auf hochenergetischer Röntgen-Photoelektronenspektroskopie basiert, konnte nur an einer speziellen Einrichtung (Synchrotron-Beschleunigern) implementiert werden. Eine solche befindet sich in Hamburg (BRD). Alle Experimente mit den am MIPT hergestellten "ferroelectrischen Kondensatoren" auf Basis von Hafniumoxid fanden in Deutschland statt. Der Artikel über die durchgeführte Arbeit wurde in Nanoscale.

„Die in unserem Labor entwickelten ferroelectrischen Kondensatoren, wenn sie für die industrielle Herstellung von energieunabhängigen Speichereinheiten eingesetzt werden, können 10^10 Schreibzyklen bieten – das ist hunderttausendmal mehr, als moderne Computer-Flash-Speicher zulassen“, behauptet Andrei Zenkevič, einer der Autoren der Arbeit und Leiter des Labors für funktionale Materialien und Geräte für die Nanoelektronik am MIPT. Damit wurde ein weiterer Schritt zur neuen Speichertechnologie gemacht, obwohl noch viele weitere Schritte erforderlich sind.

Quelle: 3dnews.ru