Группа специалистов из лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ, работая совместно с коллегами из Германии и США, совершила прорыв на пути к созданию новой энергонезависимой памяти.
Российские ученые смогли изучить распределение электрического потенциала внутри сегнетоэлектрического конденсатора — основы памяти будущего.
Ученым из МФТИ удалось разработать уникальную методику измерения распределения электрического потенциала внутри так называемого сегнетоэлектрического конденсатора, который является ключевым элементом перспективной энергонезависимой памяти, и опробовать ее на сегнетоэлектрических конденсаторах, изготовленных в МФТИ. Ранее исследователи оперировали только математическими моделями.
Открытие сегнетоэлектрических свойств HfO2 в определенной фазе заставило ученых вновь вернуться к идее постоянной памяти, основанной на диэлектриках этого типа: оксид гафния годится для современной электронной промышленности и, более того, давно освоен ею.
Элементарная ячейка памяти нового типа представляет собой тончайший — менее 10 нанометров — слой сегнетоэлектрического оксида гафния, к которому с двух сторон примыкают управляющие электроды. Конструкция похожа на обычный электрический конденсатор, но для того, чтобы сегнетоэлектрические конденсаторы можно было использовать в качестве ячеек памяти, необходимо добиться максимально возможной величины поляризации, а для этого — детально изучить физические свойства этого нанослоя. Одна из важнейших частей этого знания — представление о том, как распределяется электрический потенциал внутри слоя при подаче напряжения на электроды. За десять лет, прошедших с момента открытия сегнетоэлектрической фазы HfO2, никому из исследователей не удавалось изучить это распределение потенциала непосредственно: использовали только различные математические модели. А авторам опубликованной работы — удалось.
Для этого они применили метод так называемой высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Специальная методика, разработанная сотрудниками МФТИ, требовала применения рентгеновского излучения, которое можно получить только на специальных ускорителях-синхротронах. Такой находится в Гамбурге (ФРГ). Там и были проведены измерения на прототипах будущих ячеек «новой памяти» — сегнетоэлектрических конденсаторах на основе оксида гафния, изготовленных в МФТИ.
Ожидается, что новая память будет на порядок быстрее флеш-памяти, а по ресурсу превзойдет ее миллион раз.
«В основе методики лежит явление фотоэффекта — говорит Юрий Матвеев, один из авторов, научный сотрудник гамбургского синхротрона Deutsches Elektronen-Synchrotron. — Измеряя энергию вылетающих из сегнетоэлектрика фотоэлектронов в сочетании с определенными схемами облучения структур, нам удалось получить картину локального электрического потенциала по всей толщине слоя с нанометровым разрешением».
По словам Андрея Зенкевича, созданные коллегами в МФТИ сегнетоэлектрические конденсаторы, если их применить для промышленного изготовления ячеек энергонезависимой памяти, способны обеспечить 10^10 циклов перезаписи — в сто тысяч раз больше, чем допускают современные компьютерные флешки.
Работа была поддержана Российским научным фондом.
Источник: Пресс-служба МФТИ