В России разработана новая технология энергонезависимой памяти

Ученые Московского физико-технического института разработали технологию создания энергонезависимой памяти, которая обладает исключительно высокой плотностью, скоростью записи и считывания, а также низким энергопотреблением.

Как сообщает пресс-служба МФТИ, ученые Московского физико-технического института впервые вырастили сверхтонкие (2,5 нанометра) сегнетоэлектрические пленки на основе оксида гафния, которые могут стать основой для элементов энергонезависимой памяти. По словам одного из авторов исследования, поскольку структуры из этого материала совместимы с кремниевой технологией, в ближайшем будущем непосредственно на кремнии могут быть созданы новые устройства энергонезависимой памяти с использованием сегнетоэлектрических поликристаллических слоев оксида гафния.

Сейчас объём хранимой и обрабатываемой информации в мире удваивается каждые 1,5 года. Для работы с ней нужно всё 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.

Схематическое представление туннельного перехода на основе кремния

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.

Поперечное сечение изготовленной структуры: сплавная поликристаллическая пленка оксидов гафния и циркония, выращенная на подложке высоколегированного кремния

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. ППри 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.