Российские физики получили материал для энергонезависимой памяти нового типа

МОСКВА, 7 апреля. /ТАСС/. Ученые из МФТИ впервые вырастили сверхтонкие (2,5 нанометра) сегнетоэлектрические пленки на основе оксида гафния, которые могут стать основой для элементов энергонезависимой памяти, сообщает пресс-служба МФТИ.

"Поскольку структуры из этого материала совместимы с кремниевой технологией, можно рассчитывать, что в ближайшем будущем непосредственно на кремнии могут быть созданы новые устройства энергонезависимой памяти с использованием сегнетоэлектрических поликристаллических слоев оксида гафния", - приводит пресс-служба слова ведущего автора исследования, заведующего лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ, Андрея Зенкевича.

Зачем нужна энергонезависимая память

Сейчас объем хранимой и обрабатываемой информации в мире удваивается каждые 1,5 года. Для работы с ней нужно все больше компьютерной памяти, прежде всего энергонезависимой - то есть такой, которая хранит информацию даже после отключения электропитания. Идеалом же была бы "универсальная" память, которая обладает быстротой оперативной памяти, вместимостью жесткого диска и знергонезависимостью флешки. Одним из самых перспективных подходов для создания такой технологии считают энергонезависимую память на сегнетоэлектрических туннельных переходах.

Как работает сегнетоэлектрический туннельный переход

Сегнетоэлектрик - это вещество способное "запоминать" направление приложенного внешнего электрического поля. В принципе, они не проводят электрический ток, но при очень малых толщинах сегнетоэлектрического слоя электроны с некоторой вероятностью все же могут через него проходить, благодаря туннельному эффекту, имеющему квантовую природу. Таким образом, запись информации в памяти на основе сегнетоэлектрических пленок производится подачей напряжения на электроды, примыкающие к сверхтонкому сегнетоэлектрику, а считывание - измерением туннельного тока.

Теоретически, такая память может обладать исключительно высокой плотностью, скоростью записи и считывания, а также низким энергопотреблением. Она может стать энергонезависимой альтернативой для современной динамический оперативной памяти, в которой данные могут храниться без перезаписи только порядка 0,1 секунды. Однако до настоящего момента все изготовленные прототипы устройств на основе традиционных сегнетоэлектриков были несовместимы с кремниевой технологией, которая используется для производства большинства современных микросхем.

Новая разработка ученых

Команда исследователей из МФТИ при участии коллег из Университета Небраски (США) и Университета Лозанны (Швейцария), впервые экспериментально продемонстрировала, что сплавные поликристаллические пленки оксидов гафния и циркония толщиной всего 2,5 нм обладают нужными сегнетоэлектрическими свойствами.

Оксид гафния уже используется при производстве современных кремниевых логических микросхем, а несколько лет назад в одной из его модификаций были обнаружены сегнетоэлектрические свойства. Заслуга ученых из МФТИ состоит в том, что им удалось вырастить сверхтонкую, туннельно-прозрачную пленку этого вещества на кремниевой подложке, сохранив при этом его сегнетоэлектрические свойства. При этом для получения такой пленки использовали метод, который широко применяется в производстве современных микропроцессоров. Теперь ученые говорят о создании на основе нового материала энергонезависимой компьютерной памяти.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Appl. Mater. Interfaces.