Os cientistas encontraram uma oportunidade de criar uma sinapse artificial para resolver problemas semelhantes ao processo de pensamento humano. Hoje, muitas opções são oferecidas para isso, e uma das mais promissoras é vista em ferroelétricos. A memória FeRAM foi produzida nesses materiais por 20 anos, e uma nova pesquisa mostra como fazer elementos de memória de espessura atômica e aproximar a computação neuromórfica no volume de um processador.
Fonte da imagem: Stanford University
Na memória FeRAM disponível comercialmente, o elemento de comutação é geralmente feito de piezocerâmica, ou seja, titanato de zirconato de chumbo (PZT). As propriedades do material para manter a polarização mesmo após a remoção do sinal de controle externo – o campo eletromagnético – dá à memória FeRAM sua propriedade mais importante de não volatilidade. Ele salva dados mesmo quando está desligado. Isso é extremamente importante para simular o trabalho do cérebro. Mas em sua forma atual, a célula FeRAM é muito grande e o “cérebro” com seu uso será muito, muito grande.
Para a fabricação de sinapses artificiais, estruturas de filme fino com vários átomos de espessura são convenientes – isso dará pequenas dimensões, alta densidade e baixo consumo de energia. Descobriu-se que o óxido de háfnio (HfO2) é um material ferroelétrico bastante promissor para sinapses artificiais de filme fino. Este material é depositado de forma excelente a partir de um ambiente de gás usando métodos modernos de criação de estruturas de filme fino com alta precisão e controle confiável. As temperaturas dos processos de fabricação do filme são compatíveis com a tecnologia de processo CMOS e não queimarão os elementos do chip durante o processo de fabricação.
Representação esquemática de uma sinapse humana (esquerda) e uma célula de memória ferroelétrica (direita). Fonte da imagem: ACS Appl. Elétron. Mater. 2020, 2, 12, 4023–4033
Um problema particular era que as propriedades ferroelétricas do HfO2 são relativamente instáveis, mas a adição de zircônio (Zr) resolveu o problema. Assim, o composto de óxido de háfnio-zircônio (HZO) provou ser um dos fortes candidatos para a fabricação de memória usando ferroelétricos e promete uma revolução na computação de memória.