Die Schaffung und Entwicklung von Geräten zur nichtflüchtigen Speicherung digitaler Daten erfolgt seit vielen Jahrzehnten. Ein echter Durchbruch gelang vor etwas weniger als 20 Jahren dem NAND-Speicher, obwohl seine Entwicklung bereits 20 Jahre früher begann. Heute, etwa ein halbes Jahrhundert nach Beginn der groß angelegten Forschung, dem Beginn der Produktion und den ständigen Bemühungen zur Verbesserung von NAND, ist dieser Speichertyp nahezu ausgeschöpft. Es ist notwendig, den Grundstein für den Übergang zu einer anderen Speicherzelle mit besserer Energie, Geschwindigkeit und anderen Eigenschaften zu legen. Langfristig könnte ein solcher Speicher ein neuartiger ferroelektrischer Speicher sein.
Ferroelektrika (der Begriff Ferroelektrika wird in der ausländischen Literatur verwendet) sind Dielektrika, die eine Erinnerung an das angelegte elektrische Feld haben oder mit anderen Worten durch eine Restpolarisierung der Ladungen gekennzeichnet sind. Ferroelektrischer Speicher ist nichts Neues. Die Herausforderung bestand darin, ferroelektrische Zellen auf die Nanoebene zu skalieren.
Vor drei Jahren haben Wissenschaftler am MIPT Technologie zur Herstellung von Dünnschichtmaterial für ferroelektrische Speicher auf Basis von Hafniumoxid (HfO2). Dies ist auch kein einzigartiges Material. Dieses Dielektrikum wird seit mehreren fünf Jahren in Folge zur Herstellung von Transistoren mit Metall-Gates in Prozessoren und anderen digitalen Logiksystemen verwendet. Basierend auf den am MIPT vorgeschlagenen polykristallinen Legierungsfilmen aus Hafnium- und Zirkoniumoxiden mit einer Dicke von 2,5 nm konnten Übergänge mit ferroelektrischen Eigenschaften erzeugt werden.
Damit ferroelektrische Kondensatoren (wie sie am MIPT genannt wurden) als Speicherzellen verwendet werden können, ist es notwendig, eine möglichst hohe Polarisation zu erreichen, was eine detaillierte Untersuchung der physikalischen Prozesse in der Nanoschicht erfordert. Machen Sie sich insbesondere ein Bild von der Verteilung des elektrischen Potenzials innerhalb der Schicht bei angelegter Spannung. Bis vor Kurzem konnten sich Wissenschaftler zur Beschreibung des Phänomens nur auf einen mathematischen Apparat verlassen, und erst jetzt wurde eine Technik implementiert, mit der es im wahrsten Sinne des Wortes möglich war, während des Prozesses des Phänomens in das Material hineinzuschauen.
Die vorgeschlagene Technik, die auf der Hochenergie-Röntgenphotoelektronenspektroskopie basiert, konnte nur auf einer speziellen Installation (Synchrotronbeschleuniger) umgesetzt werden. Dieser befindet sich in Hamburg (Deutschland). Alle Experimente mit am MIPT hergestellten „ferroelektrischen Kondensatoren“ auf Hafniumoxidbasis fanden in Deutschland statt. Ein Artikel über die durchgeführten Arbeiten wurde in veröffentlicht .
„In unserem Labor hergestellte ferroelektrische Kondensatoren können, wenn sie für die industrielle Produktion nichtflüchtiger Speicherzellen verwendet werden, 1010 Wiederschreibzyklen ermöglichen – hunderttausendmal mehr, als moderne Computer-Flash-Laufwerke zulassen“, sagt Andrei Zenkevich, einer der Autoren des Buches Arbeit, Leiter des Labors für Funktionsmaterialien und Geräte für die Nanoelektronik MIPT. Damit ist ein weiterer Schritt in Richtung einer neuen Erinnerung getan, obwohl noch viele, viele Schritte zu gehen sind.
Source: 3dnews.ru