Сеульский университет: конденсатор переключается при 0,6 В, без пробоя за 1 трлн циклов

Группа под руководством Мин Хёк Пака из Сеульского национального университета сообщила о сегнетоэлектрическом конденсаторе памяти, который переключался между информационными состояниями при 0,6 вольта и оставался различимым после одного триллиона циклов переключения без жёсткого электрического пробоя, сообщает knowridge.com knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Работа опубликована в Nature Communications. В ней участвовали Университет Ханян, Поханская ускорительная лаборатория и Samsung Electronics knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Исследование демонстрирует отдельный компонент, а не готовую замену современной компьютерной памяти knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Зачем сегнетоэлектрическая память

Обычная DRAM хранит информацию как электрический заряд в конденсаторах. Заряд утекает, поэтому память приходится постоянно обновлять, и это расходует энергию, даже когда данные просто хранятся knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Сегнетоэлектрики представляют информацию иначе: направлением внутренней электрической поляризации. Эта ориентация может сохраняться после снятия поля, что способно снизить нагрузку, связанную с обновлением заряда knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Инженерия интерфейса и измеренные результаты

Исследователи использовали слой оксида гафния-циркония толщиной пять нанометров, совместимый с важными полупроводниковыми процессами. Они сосредоточились на его границе с электродом из нитрида титана, где нежелательное окисление может расходовать приложенное напряжение впустую knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Управляя структурой электрода и химией его поверхности, команда получила более тонкий и однородный интерфейс. По сообщению авторов, большая часть приложенного напряжения стала действовать на сегнетоэлектрический слой, а поляризация переключалась стабильнее knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Переключение половины полной поляризации занимало около 42 наносекунд при 0,6 вольта и около восьми наносекунд при одном вольте knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Жёсткого электрического пробоя за триллион циклов не наблюдалось. По более строгому критерию, потере поляризации менее 20%, выносливость составила 600 миллиардов циклов при 0,6 вольта и триллион циклов при одном вольте knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Команда также рассмотрела ячейку памяти с одним транзистором и одним конденсатором. Схемное моделирование показало, как поляризация может сохранять читаемое различие после снижения запасённого заряда, а на тестовой матрице изучали устройства с общим электродом knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Ограничения результата

Предсказания более быстрого переключения при меньших размерах — экстраполяции, а не прямые измерения полного чипа памяти. Наряду с числом циклов нужно учитывать время хранения, воспроизводимость при производстве и работу в практических схемах knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Работа предлагает подход к проектированию: инженерия интерфейса улучшила скорость и выносливость одновременно, не опираясь только на повышение напряжения knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.