Tworzenie i rozwój urządzeń do trwałego przechowywania danych cyfrowych trwają od wielu dziesięcioleci. Prawdziwy przełom nastąpił niecałe 20 lat temu dzięki pamięci NAND, choć jej rozwój rozpoczął się 20 lat wcześniej. Dziś, około pół wieku po rozpoczęciu szeroko zakrojonych badań, produkcji i ciągłych wysiłków na rzecz udoskonalenia pamięci NAND, ten typ pamięci zbliża się do wyczerpania swojego potencjału rozwojowego. Konieczne jest stworzenie podwalin pod przejście na inną komórkę pamięci, o lepszej energii, szybkości i innych parametrach. W dłuższej perspektywie taka pamięć mogłaby stać się nowym rodzajem pamięci ferroelektrycznej.
Ferroelektryki (termin ferroelektryki jest stosowany w literaturze zagranicznej) to dielektryki, które mają pamięć przyłożonego pola elektrycznego, lub inaczej mówiąc, charakteryzują się resztkową polaryzacją ładunku. Pamięć ferroelektryczna nie jest niczym nowym. Wyzwaniem było zmniejszenie rozmiarów ogniw ferroelektrycznych do poziomu nano.
Trzy lata temu naukowcy z MIPT technologia wytwarzania cienkowarstwowych materiałów pamięci ferroelektrycznej na bazie tlenku hafnu (HfO2). Nie jest to również materiał wyjątkowy. Dielektryk ten był używany przez kilka pięcioletnich okresów z rzędu do produkcji tranzystorów bramkowych w procesorach i innych cyfrowych układach logicznych. Na podstawie polikrystalicznych warstw stopowych o grubości 2,5 nm z tlenków hafnu i cyrkonu, zaproponowanych w MIPT, udało się stworzyć przejścia o właściwościach ferroelektrycznych.
Aby kondensatory ferroelektryczne (jak się je nazywa w MIPT) mogły być stosowane jako komórki pamięci, konieczne jest osiągnięcie jak najwyższej polaryzacji, co wymaga szczegółowych badań procesów fizycznych zachodzących w nanowarstwie. W szczególności, aby uzyskać pojęcie rozkładu potencjału elektrycznego wewnątrz warstwy w momencie przyłożenia napięcia. Do niedawna naukowcy mogli opisywać to zjawisko wyłącznie za pomocą aparatu matematycznego. Dopiero teraz wdrożono metodę, która dosłownie pozwala zajrzeć do wnętrza materiału w trakcie trwania zjawiska.
Proponowaną metodę, opartą na spektroskopii fotoelektronów wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich, można wdrożyć jedynie w specjalnym ośrodku (akcelerator-synchrotron). Ten znajduje się w Hamburgu (RFN). Wszystkie eksperymenty z kondensatorami ferroelektrycznymi na bazie tlenku hafnu, produkowanymi w MIPT, miały miejsce w Niemczech. Artykuł o przeprowadzonych pracach został opublikowany w .
„Kondensatory ferroelektryczne, które powstają w naszym laboratorium, jeśli zostaną wykorzystane do przemysłowej produkcji komórek pamięci nieulotnej, są w stanie zapewnić 1010 cykli zapisu – sto tysięcy razy więcej niż pozwalają na to współczesne dyski flash komputerowe” – mówi Andriej Zenkiewicz, jeden z autorów pracy, kierownik laboratorium materiałów funkcjonalnych i urządzeń nanoelektronicznych w MIPT. Zrobiono więc kolejny krok w kierunku nowej pamięci, choć wciąż pozostaje jeszcze wiele, wiele kroków do wykonania.
Źródło: 3dnews.ru
