Новая энергонезависимая память может выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи

• Новый сегнетоэлектрический конденсатор, созданный в лаборатории, может выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи.
• В отличие от существующих флеш-накопителей, сегнетоэлектрические запоминающие устройства могут выдерживать воздействие космических лучей и даже работать в открытом космосе.

Концепция энергонезависимых запоминающих устройств, в которых используются тонкие сегнетоэлектрические пластины с электрически переключаемой спонтанной поляризацией, имеет огромный потенциал благодаря очень низкому энергопотреблению, высокой скорости записи и теоретически неограниченному сроку службы.

Сегодня электронная промышленность разрабатывает новые технологии энергонезависимой памяти для увеличения срока службы и более высокой скорости доступа по сравнению с существующими твердотельными накопителями и флэш-накопителями. Одним из многообещающих кандидатов является память на основе диоксида гафния. В нем используется диэлектрический материал, который уже известен в области микроэлектроники.

При специальной температурной обработке и легировании тонкий слой диоксида гафния может образовывать метастабильные кристаллы, проявляющие сегнетоэлектрические свойства. Это означает, что эти кристаллы могут «запоминать» направление приложенного к ним электрического поля.

Структура этой новой ячейки памяти (пленка оксида циркония-гафния) напоминает обычный электрический конденсатор. Его толщина составляет примерно 10 нанометров, он помещен между двумя электродами.

Остаточная поляризация сегнетоэлектрических конденсаторов должна быть максимальной, чтобы их можно было использовать в качестве ячеек памяти. Однако для этого исследователи должны глубоко понимать процессы, происходящие в тонкой пленке. Это включает в себя измерение электрического потенциала, распределенного по нанопленке.

Прорыв на пути к новым типам энергонезависимой памяти

Хотя сегнетоэлектрическая фаза в оксиде гафния была открыта десять лет назад, ученые пока не смогли напрямую измерить ее потенциальное распределение в наномасштабе.

Теперь исследователи Московского физико-технического института разработали уникальный метод определения распределения электрического потенциала в сегнетоэлектрическом конденсаторе.

Ссылка:наномасштаб | DOI:10.1039 / C9NR05904K | МФТИ

Они использовали жесткую рентгеновскую фотоэмиссионную спектроскопию для исследования конденсатора памяти. Этот метод основан на режиме стоячей волны сильного монохроматического рентгеновского пучка. Он измеряет локальный электростатический потенциал, исследуя сдвиги линии на уровне ядра.

Результаты показывают, что профиль электрического потенциала в слое оксида циркония-гафния является нелинейным и изменяется при переключении поляризации.

Обычный SSD

Исследователи объединили данные растровой просвечивающей электронной микроскопии с теоретическим моделированием и объяснили наблюдаемое нелинейное поведение потенциала с точки зрения дефектов в оксиде циркония-гафния на обеих границах раздела и их зарядового состояния, модулированного сегнетоэлектрической поляризацией.

Таким образом, исследование проливает новый свет на внутренние электронные свойства сегнетоэлектрических конденсаторов на основе оксида гафния и на то, почему они важны для инженерных запоминающих устройств.

Исследователи утверждали, что сегнетоэлектрический конденсатор, созданный в их лаборатории, может выдержать 10 миллиардов циклов перезаписи, что почти в 100 000 раз больше, чем то, что может выдержать современная флеш-память.

Прочтите:новый тип компьютерной памяти может заменить существующую оперативную память и флэш-накопители

В отличие от полупроводниковых устройств, сегнетоэлектрические запоминающие устройства не подвержены влиянию внешнего излучения. Это означает, что они могут выдерживать воздействие космических лучей и даже работать в открытом космосе.