Los científicos del MIPT han logrado producir películas ferroeléctricas ultrafinas 2,5 nanómetros basadas en óxido de hafnio que podrían utilizarse para desarrollar elementos de memoria no volátiles llamados uniones de túnel ferroeléctrico. Los resultados del estudio se han publicado en eldiario ACS Appl. Mater. Interfaces .
Los humanos están expandiendo constantemente el volumen de información almacenada y procesada, que según las estadísticas se duplica cada 1.5 años. Para almacenar esta información, necesitamos cantidades crecientes de memoria de la computadora, especialmente memoria no volátil, que almacena información incluso en el eventode un corte de energía. Los científicos de todo el mundo están tratando de desarrollar dispositivos de almacenamiento más rápidos y compactos. Lo ideal sería un dispositivo de memoria "universal" con la velocidad de RAM, la capacidad de un disco duro y la no volatilidad deuna unidad flash
Hay muchos principios conocidos que pueden usarse para construir memoria, pero cada uno tiene sus inconvenientes. Es por eso que las computadoras y dispositivos móviles modernos tienen múltiples tipos de memoria.
La memoria no volátil basada en uniones de túnel ferroeléctrico es un desarrollo prometedor que aún no se ha implementado por completo. Un ferroeléctrico es un material que es capaz de "recordar" la dirección de un campo eléctrico aplicado externamente por la carga de polarización residual.
Los ferroeléctricos de película delgada se han utilizado durante mucho tiempo para fabricar dispositivos de memoria no volátiles, sin embargo, es extremadamente difícil miniaturizarlos para lograr una alta capacidad de almacenamiento / densidad y, además de esto, están hechos de materialesque son "incompatibles" con los procesos de producción utilizados en la microelectrónica moderna.
Hace aproximadamente diez años, después de que se demostraran las propiedades ferroeléctricas en películas ultradelgadas de monocristales de perovskitas, se propuso un concepto alternativo para dispositivos de memoria, basado en el uso del efecto túnel.
Los ferroeléctricos son generalmente aislantes y no conducen electricidad. Sin embargo, si la capa ferroeléctrica es muy delgada, los electrones pueden "deslizarse" con cierta probabilidad, gracias al efecto de túnel cuántico. La probabilidad de túnel depende del tamaño y la formade la barrera potencial las características energéticas de la estructura y los electrones que "atraviesan" crean una corriente de túnel. El movimiento de los electrones en este caso es similar a una carrera de obstáculos, y se determina el tamaño del obstáculopor la dirección del vector de polarización, que altera la forma de la barrera potencial ver imagen a continuación. La información se escribe aplicando un voltaje a los electrodos al lado del ferroeléctrico ultrafino, y se lee midiendo la corriente de túnel.
En teoría, este tipo de memoria puede tener una densidad extremadamente alta, velocidades de lectura y escritura rápidas y un bajo nivel de consumo de energía. Podría convertirse en una alternativa no volátil a la DRAM memoria dinámica de acceso aleatorio. DRAM modernatiene un tiempo de retención corto aproximadamente 0.1 segundos, después del cual los datos se pierden o se sobrescriben. El uso de este tipo de memoria requiere una gran cantidad de energía. La memoria basada en uniones de túnel ferroeléctrico podrá ahorrar energía, lo cual es especialmente importantepara dispositivos portátiles que funcionan con baterías. Sin embargo, hasta ahora, todos los prototipos de dispositivos basados en ferroeléctricos convencionales no han sido compatibles con la tecnología de silicio, que se utiliza en la producción de la mayoría de los chips modernos.
El equipo de investigadores del Laboratorio de Materiales y Dispositivos Funcionales para Nanoelectrónica del MIPT, con la participación de sus colegas de la Universidad de Nebraska EE. UU. Y la Universidad de Lausana Suiza, han demostrado por primera vez experimentalmente que la aleación policristalinaLas películas de óxidos de hafnio y circonio con un espesor de solo 2.5 nm ver imagen a continuación conservan sus propiedades ferroeléctricas.
Si bien el óxido de hafnio ya se usa en la producción de chips lógicos de silicio modernos, hace unos años se descubrieron propiedades ferroeléctricas en una de sus modificaciones. En su estudio, los científicos de MIPT lograron cultivar un túnel ultradelgado transparente para túnelespelícula de este material sobre un sustrato de silicio, manteniendo las propiedades ferroeléctricas.
Es importante tener en cuenta que la película fue cultivada por la técnica de Deposición de Capa Atómica ALD, que se usa ampliamente hoy en día en la producción de microprocesadores modernos y uno de sus beneficios particulares es que permite que las capas funcionales crezcan en tres-dimensionales.
"Dado que las estructuras de este material son compatibles con la tecnología de silicio, podemos esperar que nuevos dispositivos de memoria no volátiles con capas policristalinas ferroeléctricas de óxido de hafnio puedan construirse directamente sobre silicio en un futuro próximo", dice el correspondienteautor del estudio y jefe del Laboratorio de Materiales y Dispositivos Funcionales para Nanoelectrónica, Andrei Zenkevich.
Además, si se desarrollan uniones de túneles ferroeléctricos basadas en óxido de hafnio, es de esperar que puedan demostrar las propiedades del memristor. Este es un requisito previo para crear sinapsis electrónicas, que podrían usarse en sistemas neuromórficos que se están desarrollando actualmenteEstos sistemas tienen una arquitectura informática fundamentalmente diferente que simula los principios de funcionamiento del cerebro humano.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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