Создание и разработка устройств для энергонезависимого хранения цифровых данных ведётся на протяжении многих десятилетий. Настоящий прорыв чуть меньше 20 лет назад совершила память типа NAND, хотя её разработка стартовала ещё лет на 20 раньше. Сегодня, спустя примерно полвека после начала широкомасштабных исследований, начала производства и постоянных усилий по совершенствованию NAND, этот тип памяти близок к исчерпанию своих возможностей для развития. Необходимо закладывать основу для перехода на иную ячейку памяти с лучшими энергетическими, скоростными и другими характеристиками. В длительной перспективе такой памятью может стать сегнетоэлектрическая память нового типа.
Поперечное сечение изготовленной структуры (МФТИ)
Сегнетоэлектрики (в зарубежной литературе используется термин ферроэлектрики) ― это диэлектрики, которые обладают памятью о приложенном электрическом поле или, иначе говоря, характеризуются остаточной поляризацией зарядов. Память на сегнетоэлектриках не является чем-то новым. Проблемой было уменьшить масштаб сегнетоэлектрических ячеек до наноразмерного уровня.
Три года назад учёные в МФТИ представили технологию изготовления тонкоплёночного материала для сегнетоэлектрической памяти на основе оксида гафния (HfO2). Это тоже не уникальный материал. Этот диэлектрик несколько пятилеток подряд использовался для изготовления транзисторов с металлическими затворами в процессорах и другой цифровой логике. На основе предложенных в МФТИ сплавных поликристаллических плёнок оксидов гафния и циркония толщиной 2,5 нм удалось создать переходы с сегнетоэлектрическими свойствами.
Чтобы сегнетоэлектрические конденсаторы (так их стали называть в МФТИ) можно было использовать в качестве ячеек памяти, необходимо добиться максимально возможной поляризации, для чего необходимо детальное изучение физических процессов в нанослое. В частности, получить представление о распределении электрического потенциала внутри слоя при подаче напряжения. До недавнего времени учёные могли опираться лишь на математический аппарат для описания явления, и только сейчас реализована методика, с помощью которой буквально удалось заглянуть внутрь материала в процессе явления.
Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург. Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров, Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем (МФТИ)
Предложенная методика, которая опирается на высокоэнергетическую рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, могла быть реализована только на специальной установке (ускорителях-синхротронах). Такая находится в Гамбурге (ФРГ). Все эксперименты с изготовленными в МФТИ «сегнетоэлектрическими конденсаторами» на основе оксида гафния прошли в Германии. Статья о проведенной работе опубликована в Nanoscale.
«Созданные в нашей лаборатории сегнетоэлектрические конденсаторы, если их применить для промышленного изготовления ячеек энергонезависимой памяти, способны обеспечить 1010 циклов перезаписи — в сто тысяч раз больше, чем допускают современные компьютерные флешки», — утверждает Андрей Зенкевич, один из авторов работы, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ. Тем самым к новой памяти сделан ещё один шаг, хотя этих шагов предстоит сделать ещё очень и очень много.
