A criação e o desenvolvimento de dispositivos para armazenamento não volátil de dados digitais vem ocorrendo há muitas décadas. Um verdadeiro avanço há pouco menos de 20 anos foi feito pela memória do tipo NAND, embora seu desenvolvimento tenha começado 20 anos antes. Hoje, cerca de meio século após o início da pesquisa em larga escala, o início da produção e os esforços contínuos para melhorar a NAND, esse tipo de memória está quase esgotando seu potencial de desenvolvimento. É necessário estabelecer as bases para a transição para outra célula de memória com a melhor energia, velocidade e outras características. A longo prazo, um novo tipo de memória ferroelétrica pode se tornar tal memória.
Seção transversal da estrutura fabricada (MIPT)
Ferroelétricos (o termo ferroelétrico é usado na literatura estrangeira) são dielétricos que têm memória de um campo elétrico aplicado ou, em outras palavras, são caracterizados por polarização residual de cargas. A memória ferroelétrica não é nova. O problema era reduzir a escala de células ferroelétricas para um nível em nanoescala.
Há três anos, cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou introduziram a tecnologia de fabricação de material de película fina para memória ferroelétrica baseada em óxido de háfnio (HfO2). Este também não é um material exclusivo. Esse dielétrico é usado por vários cinco anos seguidos para a fabricação de transistores com portas de metal em processadores e outras lógicas digitais. Foi possível criar transições com propriedades ferroelétricas baseadas nos filmes policristalinos de óxidos de háfnio e zircônio com 2,5 nm de espessura propostos no MIPT.
Para que os capacitores ferroelétricos (como começaram a ser chamados no MIPT) sejam utilizados como células de memória, é necessário atingir a máxima polarização possível, o que requer um estudo detalhado dos processos físicos na nanocamada. Em particular, para se ter uma idéia da distribuição do potencial elétrico dentro da camada quando a tensão é aplicada. Até recentemente, os cientistas só podiam confiar no aparato matemático para descrever o fenômeno, e somente agora uma técnica foi implementada com a ajuda da qual era literalmente possível olhar para dentro do material no processo do fenômeno.
Uma equipe de cientistas conduzindo um experimento perto de uma instalação de espectroscopia de fotoelétrons de raios X de alta energia no síncrotron PETRA III, Hamburgo. Da esquerda para a direita: Andrey Gloskovsky, Yuri Matveev, Dmitry Negrov, Vitaly Mikheev e Andrey Zenkevich. Cortesia de Andrei Zenkevich (MIPT)
A técnica proposta, que se baseia na espectroscopia de fotoelétrons de raios X de alta energia, poderia ser implementada apenas em uma instalação especial (aceleradores síncrotron). Está localizado em Hamburgo (Alemanha). Todos os experimentos com “capacitores ferroelétricos” baseados em háfnio fabricados no MIPT foram realizados na Alemanha. Um artigo sobre o trabalho publicado em nanoescala.
“Os capacitores ferroelétricos criados em nosso laboratório, se aplicados à fabricação industrial de células de memória não voláteis, podem fornecer 1010 ciclos de reescrita – cem mil vezes mais do que os modernos flash drives de computador permitem”, diz Andrey Zenkevich, um dos autores do trabalho, chefe do laboratório funcional materiais e dispositivos para nanoeletrônica MIPT. Assim, outro passo foi dado em direção à nova memória, embora ainda existam muitos, muitos passos a serem dados. .