Die Entwicklung und Konstruktion von Geräten zur nichtflüchtigen Speicherung digitaler Daten dauert viele Jahrzehnte an. Ein echter Durchbruch gelang vor knapp 20 Jahren mit dem NAND-Speicher, obwohl seine Entwicklung bereits 20 Jahre zuvor begann. Heute, etwa ein halbes Jahrhundert nach Beginn der groß angelegten Forschung, Produktion und der laufenden Bemühungen zur Verbesserung von NAND, ist das Entwicklungspotenzial dieses Speichertyps fast erschöpft. Es ist notwendig, die Grundlage für den Übergang zu einer anderen Speicherzelle mit besserer Energie, Geschwindigkeit und anderen Eigenschaften zu legen. Auf lange Sicht könnte es sich bei einem solchen Speicher um einen neuen Typ ferroelektrischer Speicher handeln.
Ferroelektrika (in der ausländischen Literatur wird der Begriff Ferroelektrika verwendet) sind Dielektrika, die ein Gedächtnis für das angelegte elektrische Feld besitzen oder, anders ausgedrückt, durch eine Polarisation der Restladung gekennzeichnet sind. Ferroelektrischer Speicher ist nichts Neues. Die Herausforderung bestand darin, ferroelektrische Zellen auf die Nanoebene zu verkleinern.
Vor drei Jahren haben Wissenschaftler am MIPT Technologie zur Herstellung von Dünnschichtmaterial für ferroelektrische Speicher auf Basis von Hafniumoxid (HfO2). Auch hierbei handelt es sich nicht um ein einzigartiges Material. Dieses Dielektrikum wurde mehrere Fünfjahreszeiträume hintereinander zur Herstellung von Metall-Gate-Transistoren in Prozessoren und anderer digitaler Logik verwendet. Basierend auf den am MIPT vorgeschlagenen 2,5 nm dicken polykristallinen Legierungsfilmen aus Hafnium- und Zirkoniumoxiden war es möglich, Übergänge mit ferroelektrischen Eigenschaften zu erzeugen.
Damit ferroelektrische Kondensatoren (wie sie am MIPT genannt werden) als Speicherzellen eingesetzt werden können, ist es notwendig, eine möglichst hohe Polarisation zu erreichen, was eine detaillierte Untersuchung der physikalischen Prozesse in der Nanoschicht erfordert. Insbesondere soll dadurch eine Vorstellung von der Verteilung des elektrischen Potenzials innerhalb der Schicht beim Anlegen einer Spannung gewonnen werden. Bis vor kurzem konnten sich Wissenschaftler bei der Beschreibung dieses Phänomens lediglich auf mathematische Methoden verlassen. Erst jetzt wurde eine Methode implementiert, die es ermöglicht, während des Prozesses des Phänomens buchstäblich in das Innere des Materials zu blicken.
Die vorgeschlagene Methode, die auf hochenergetischer Röntgen-Photoelektronenspektroskopie basiert, konnte nur in einer speziellen Anlage (Beschleuniger-Synchrotrons) umgesetzt werden. Dieser befindet sich in Hamburg (BRD). Alle Experimente mit am MIPT hergestellten ferroelektrischen Kondensatoren auf Basis von Hafniumoxid fanden in Deutschland statt. Ein Artikel über die durchgeführten Arbeiten wurde veröffentlicht in .
„Die in unserem Labor hergestellten ferroelektrischen Kondensatoren sind bei Verwendung zur industriellen Produktion nichtflüchtiger Speicherzellen in der Lage, 1010 Überschreibzyklen bereitzustellen – hunderttausendmal mehr als moderne Computer-Flash-Laufwerke erlauben“, sagt Andrey Zenkevich, einer der Autoren der Arbeit und Leiter des Labors für Funktionsmaterialien und Geräte für die Nanoelektronik am MIPT. Damit ist ein weiterer Schritt hin zu einer neuen Erinnerung getan, auch wenn noch viele, viele weitere Schritte zu gehen sind.
Source: 3dnews.ru
