Революционные мини-конденсаторы для памяти нового поколения
Современная электроника стремительно развивается в сторону миниатюризации, создавая всё более компактные, но высокопроизводительные устройства. Вместе с уменьшением размеров гаджетов растёт и спрос на сверхмалые запоминающие материалы, способные эффективно хранить данные даже в ограниченных пространствах. Ферроэлектрические устройства памяти представляют собой перспективное решение для будущей мобильной и компактной электроники, поскольку они используют переключаемую электрическую поляризацию для хранения информации, обеспечивая сохранность данных даже при отсутствии питания. Однако прогресс в уменьшении размеров таких устройств встречается редко.
Решая эту задачу, исследовательская группа под руководством профессора Хироши Фунакубо из Института науки Токио (Science Tokyo, Япония) в сотрудничестве с Canon ANELVA Corporation успешно уменьшила общий объём ферроэлектрического конденсаторного стека, используя тонкие плёнки нитрида алюминия, легированного скандием ((Al,Sc)N), с платиновыми электродами. Общая толщина устройства составила всего 30 нм, включая верхний и нижний электроды. Исследователи, включая докторанта Сошуна Доко, доцента Казуки Окамото, докторов Наоко Мацуи, Тошикадзу Ирисаву и Кодзи Цунекаву, опубликовали результаты своего исследования в журнале Advanced Electronic Materials.
Типичная конструкция ферроэлектрических запоминающих устройств включает простой стек, состоящий из слоя ферроэлектрического материала, заключённого между двумя металлическими электродами. Ферроэлектрический слой отвечает за хранение информации посредством переключаемой поляризации, тогда как электроды обеспечивают электрическое соединение и позволяют осуществлять переключение под действием напряжения.
«Предыдущие исследования по уменьшению размеров ферроэлектрической памяти фокусировались только на утоньшении самих ферроэлектрических слоёв, — отмечает Фунакубо. — Наше исследование отличается тем, что мы сосредоточились на уменьшении размеров всего устройства, а не только ферроэлектрической плёнки».
Для достижения этой цели исследователи разработали трёхслойную структуру конденсатора, состоящую из плёнки (Al0.9Sc0.1)N в качестве ферроэлектрического слоя, заключённой между платиновыми электродами. Тщательно сбалансировав толщину слоёв с функциональными характеристиками, команда успешно создала оптимизированный полный конденсаторный стек толщиной всего 30 нм. Результирующий стек Pt/(Al0.9Sc0.1)N/Pt состоял из нижнего платинового электрода толщиной 5 нм, ферроэлектрического слоя (Al0.9Sc0.1)N толщиной 20 нм и верхнего платинового электрода толщиной 5 нм.
Впечатляющие характеристики обусловлены присущей (Al,Sc)N ферроэлектричностью, которая проявляется в высокой остаточной поляризации — поляризации, сохраняющейся даже после снятия электрического поля. Более того, уменьшение размеров всего стека означает, что конденсатор готов к интеграции непосредственно в полупроводники и логические системы, являющиеся блоками обработки информации в электронных устройствах.
«Результаты показали, что высокие ферроэлектрические характеристики могут сохраняться даже при значительном уменьшении общей толщины конденсаторного стека, что приближает нас к практической реализации сверхтонких запоминающих устройств», — говорит Фунакубо.
Кроме того, команда обнаружила, что последующая термическая обработка нижнего платинового электрода при 840°C улучшила его кристаллическую ориентацию и способствовала переключению поляризации в более тонких плёнках. Это подчёркивает важность сохранения ферроэлектрических характеристик при агрессивном уменьшении толщины.
В целом, исследование закладывает прочную основу для создания компактных ферроэлектрических запоминающих устройств и может послужить стимулом для уменьшения размеров других ферроэлектрических архитектур, таких как FeRAM и FTJ, которые в значительной степени зависят от стабильного переключения и сохранения поляризации. В будущем исследователи планируют изучить альтернативные электродные материалы с более подходящей кристаллической ориентацией, что может сократить потребность в термической обработке и повысить долговечность устройств. Эти усовершенствования могут ускорить разработку встроенной памяти для устройств Интернета вещей, приводя к созданию меньшей, более быстрой и энергоэффективной электроники.
Комментарии
Комментариев пока нет.