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Mipt科学家开发出用于生产铁电隧道连接的超薄铁电薄膜

m科学家们已成功开发出为2.5纳米的超薄铁电薄膜。这些薄膜是基于氧化铪形成的,该氧化铪能够用于显影称为铁电隧道结的非易失性存储器元件。ACS Appl中本研究功能的结果。母娘。接口。

通过应用外部电场来写入信息,该外部电场改变铁电的偏振向量的方向,这又改变了潜在屏障的形状。通过测量隧道电流来读取信息,这取决于屏障的形状。(信用:图片由研究的作者提供。)

人类不断增加加工和存储信息的体积。统计数据显示,此信息实际上每1.5岁加倍。这些信息可以在大量计算机存储器的帮助下存储,这具体是指即使在停电期间也有助于存储信息的非易失性存储器。更紧凑且快速的存储设备正在由来自世界不同地区的科学家开发的过程中。最理想的设备将是“通用”记忆,具有闪存驱动器的非波动性,硬盘驱动器的容量以及RAM的速度。

有许多流行的原则能够用于构建内存,但几乎所有这些原则都有自己的缺点。这是移动设备和现代计算机中存在多种内存类型的原因。

即将到来的发展尚未完全实施的开发是指非易失性存储器,其基于铁电隧道结。铁电是一种材料,其具有基于残余偏振电荷记住外部施加的电场方向的材料。

薄膜铁电器已经定期用于形成非易失性的存储器件,但是它们不能轻易小型化以获得高存储容量和密度。薄膜铁电器由已知与现代微电子中使用的生产方法不相容的材料组成。

几年前呈现了一个新的记忆装置概念,术后铁电特性在佩洛夫斯基斯的超薄单晶膜中的展示之后。该替代概念基于隧道效应的使用。

一般来说,铁电体是绝缘体,不调节电流。由于量子隧穿过程,如果铁电层非常薄,电子就有可能以特定的概率滑过。结构的能量特性,指的是电势的形状和大小,决定了隧穿概率,隧道电流是由通过的电子产生的。在这种情况下,电子的运动很像一场障碍赛,而障碍的大小是通过调节极化矢量来估计的,而极化矢量会调整势垒的形状。当电压加到超薄铁电体旁边时,信息就会被记录下来。通过确定隧道电流来读取该信息。

理论上,这种类型的记忆能够包括快速写入和读取速度,非常高的密度和低电平功耗。还有可能成为非易失性替代(DRAM)的非易失性替代品。现代DRAM的保留时间约为0.1秒,按下数据被覆盖或丢失。需要越来越多的功率来使用这种特殊类型的存储器。基于铁电隧道连接点可以通过内存保存电源。此保存的电源专门用于在电池上工作的便携式设备。但直到最近,基于标准铁电的所有器件原型都没有与硅技术兼容,该技术用于开发大部分现代芯片。

从第一次开始,Mipt的功能材料和器件的实验室以及纳米电子学实验室以及来自内布拉斯加州大学(美国)和洛桑大学(瑞士)的同事们已经说明了锆和铪氧化物的多晶合金薄膜包含仅2.5nm的厚度保持其所有铁电性质。

几年来,尽管氧化铪已经用于开发现代硅逻辑芯片,但在其修改之一中被确定了铁电性质。在这项研究中,Mipt科学家成功地在硅衬底上成功地产生了特定的超薄,隧道透明膜,同时保持铁电性能。

原子层沉积(ALD)技术用于种植膜。目前,该技术广泛用于现代微处理器的生产。ALD技术允许三维结构中的功能层的生长。

由于该材料的结构与硅技术兼容,因此我们可以期望具有铁电多晶层的铪氧化铁的新的非易失性存储器装置将能够在不久的将来直接构建到硅上。

andrei zenkevich,hEAD功能材料和设备实验室纳米电子学

向前移动,如果基于氧化铪的这些连接点,则铁电隧道结的可能性是说明忆阻器性能。这被认为是开发电子突触的巨大意义,其可用于目前在发育阶段的神经族系统中。这些系统由完全不同的计算架构组成,其模仿人类的脑功能原则。

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