De creatie en ontwikkeling van apparaten voor energie-onafhankelijke opslag van digitale gegevens is al tientallen jaren aan de gang. Een doorbraak werd bijna 20 jaar geleden bereikt met NAND-geheugen, hoewel de ontwikkeling daarvan zo'n 20 jaar eerder begon. Vandaag, ongeveer een halve eeuw na de start van grootschalig onderzoek, productie en voortdurende inspanningen om NAND te verbeteren, is dit type geheugen bijna aan zijn ontwikkelingsmogelijkheden ten einde. Er moet een basis worden gelegd voor de overgang naar een ander type geheugencel met betere energie-, snelheid- en andere eigenschappen. Op lange termijn zou zo'n geheugen een nieuwe soort ferroelektrisch geheugen kunnen zijn.
Ferroelektrica (in buitenlandse literatuur wordt de term ferroelektrica gebruikt) zijn dielectrica die een geheugen hebben van het aangelegde elektrische veld of, anders gezegd, worden gekenmerkt door een restpolarisatie van ladingen. Geheugen op ferroelektrica is niet nieuw. De uitdaging was om de schaal van ferroelektrische cellen te verkleinen tot het nanometer-niveau.
Drie jaar geleden hebben wetenschappers aan MFTI de technologie ontwikkeld voor het vervaardigen van dunne films voor ferro-elektrisch geheugen op basis van hafniumoxide (HfO2). Dit is ook geen uniek materiaal. Dit dielectrische materiaal is meerdere jaren gebruikt voor de vervaardiging van transistoren met metalen poorten in processors en andere digitale logica. Op basis van de in MFTI voorgestelde legeringen van polykristallijne films van hafnium- en zirconiumoxide met een dikte van 2,5 nm zijn overgangen met ferroelektrische eigenschappen gecreƫerd.
Om de ferroelektrische condensatoren (zoals ze in MIPT worden genoemd) als geheugencellen te kunnen gebruiken, is het nodig om de maximaal mogelijke polarisatie te bereiken, waarvoor een gedetailleerde studie van de fysieke processen in de nanoschaal vereist is. In het bijzonder moet er een inzicht worden verkregen in de verdeling van de elektrische potentiaal binnen de laag bij het aanleggen van spanning. Tot voor kort konden wetenschappers zich alleen baseren op wiskundige hulpmiddelen voor de beschrijving van het fenomeen, en het is pas nu dat er een methode is gerealiseerd die het mogelijk maakt om letterlijk in het materiaal te kijken tijdens het proces.
De voorgestelde methode, die is gebaseerd op hoogenergetische rƶntgenfoto-elektronenspectroscopie, kon alleen worden uitgevoerd op speciale installaties (versnellers-synchrotrons). Een dergelijke installatie bevindt zich in Hamburg (Duitsland). Alle experimenten met de aan MIPT gemaakte "ferroelektrische condensatoren" op basis van hafniumoxide zijn in Duitsland uitgevoerd. Een artikel over het uitgevoerde werk is gepubliceerd in .
"De in ons laboratorium gemaakte ferroelektrische condensatoren, als ze worden toegepast voor de industriĆ«le productie van energie-onafhankelijke geheugencellen, zijn in staat om 10^10 herschrijfcycli te bieden ā honderdduizend keer meer dan moderne computerflash-geheugen toestaat," stelt Andrey Zenkevich, een van de auteurs van het werk en hoofd van het laboratorium voor functionele materialen en apparaten voor nano-elektronica aan MIPT. Zo is er weer een stap gezet richting nieuw geheugen, hoewel er nog heel veel stappen te maken zijn.
Bron: 3dnews.ru
