Ученые России и США приблизились к созданию памяти нового типа

28.04.2016

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ), Университета Небраски (США) и Лозаннского университета (Швейцария) давно сотрудничают в целях выращивания сверхтонкой ферроэлектрической пленки на кремнии, которая, по мнению ученых, может стать предпочитаемым материалом для «универсальной» энергонезависимой памяти будущего, а также для мемристоров в нейроморфных компьютерах, имитирующих когнитивные функции мозга. Идеалом ученые считают такую «универсальную» память, которая бы обладала быстротой оперативной памяти, объемом данных жесткого диска и энергонезависимостью флешки.

Исследователи всего мира ищут «универсальную» память на замену DRAM, SRAM, флеш- и вращающимся дискам. Преимущество разработанной исследователями из России, США и Швейцарии идеи в том, что для производства на кремниевой подложке требуются обычные инструменты. Кроме того, такая память будет потенциально быстрой, плотной и энергонезависимой, а также ее можно будет адаптировать для работы подобно искусственному нейроморфному синапсу (мемристоры), что делает ее подходящей как для обычных компьютеров, так и для когнитивных компьютеров (когнайзеров) будущего.

Материалом является сверхтонкая (2,5 нм) поликристаллическая ферроэлектрическая пленка на кремнии, изобретенная в результате сотрудничества между МФТИ, Университетом Небраски и Лозаннским университетом (Швейцария).


Ферроэлектрическое туннельное соединение на основе кремния записывается путем приложения внешнего электрического поля, которое изменяет направление вектора поляризации ферроэлектрика и тем самым форму потенциального барьера. Фото: МФТИ

Обеспечение совместимости этого сверхтонкого ферроэлектрического материала с кремниевыми подложками позволяет легко переключить уже имеющиеся обширные мощности по производству КМОП на производство материала на основе гафний-циркониевого оксида. Согласно заявлениям исследователей, план состоит в построении соединений ферроэлектрических туннелей с использованием этого материала.

Пока ученые лишь продемонстрировали производство и характеристику самого материала, на следующем этапе они планируют построить прототипы для доказательства того, что туннельный эффект может использоваться для реальных микросхем памяти, хотя теория уже хорошо проработана. Единицы и нули сохраняются посредством изменения направления поляризации в поперечном сечении гафний-циркониевого оксидного слоя (см. рис. 1), что может осуществляться подобно тому, как это делается в нейроморфном мемристоре — просто пропуская ток в нужном направлении.

«В настоящее время идет работа над тем, чтобы продемонстрировать так называемый эффект электросопротивляемого туннелирования в прототипе запоминающего устройства», — сообщил Зенкевич, руководитель Лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ. — «Судя по импульсным измерениям обратной поляризации, предполагаемое время записи будет находиться в наносекундном диапазоне. Считывание информации происходит неразрушающим методом путем измерения тока (туннелирования), проходящего через соединение, а время доступа должно в основном зависеть от цепи электронной техники»


Поперечное сечение структуры энергонезависимой памяти показывает поликристаллическую сплавленную пленку оксидов гафния и циркония, выращенную на высоколегированной кремниевой подложки (верхний электрод — нитрид титана). Фото: МФТИ

Причина, по которой ферроэлектрические туннельные соединения должны привести к получению памяти универсального типа, состоит в том, что они очень малы и при этом могут сохранять свои значения бесконечно, не потребляя для этого электроэнергию. Лучшая часть, конечно же, состоит в том, что их можно изготавливать на производствах обычных КМОП, а также в том, что они, похоже, будут масштабируемыми, подобно другим КМОП компонентам.

Финансирование проекта осуществляется Российским научным фондом и Центром по коллективному использованию уникального научного оборудования в области нанотехнологии МФТИ.

Источник

акция сервис-центра написать нам скачать каталог заказать звонок