Nopeat ferrosähköiset kondensaattorit kytkeytyvät vain 0,6 voltilla

Saavutus on merkittävä, koska se tarjoaa ratkaisun ferrosähköisen muistin pitkäaikaiseen haasteeseen: nopean toiminnan ja pitkän laitteen käyttöiän saavuttamisen vaikeuteen.

Suunnittelemalla tarkasti elektrodin ja sähköisen materiaalin välisen rajapinnan tutkijat saavuttivat samanaikaisesti alhaisen käyttöjännitteen, nopean polarisaation vaihdon ja korkean syklisen vakauden. Näiden tulosten perusteella he osoittivat myös teknologian potentiaalin käytettäväksi seuraavan sukupolven pienitehoisissa muisteissa, joiden rakenne on samanlainen kuin DRAM.

DRAM on laajalti käytetty nopea mutta haihtuva muisti, jota on virkistettävä säännöllisesti, mikä vaikuttaa muistin virrankulutukseen ja toimintatehokkuuteen.

Ferrosähköinen muisti sitä vastoin tallentaa informaatiota käyttämällä "polarisaatiota" eli materiaalin sähköistä orientaatiota. Kaksi polarisaatiosuuntaa vastaavat digitaalisia tiloja "0" ja "1". Hyödyntämällä muistin haihtumattomia ominaisuuksia, jotka perustuvat jäännöspolarisaatioon, jossa polarisaatio säilyy myös ulkoisen sähkökentän poistamisen jälkeen, ferrosähköinen muisti voi vähentää säännölliseen virkistymiseen liittyvää tehonkultusta.

Tässä tutkimuksessa käytetty hafnium-zirkonia (HZO) on ferroelektrinen materiaali, joka yhdistää hafniumoksidia ja zirkoniumoksidia. Molempia oksideja on jo käytetty puolijohteiden massatuotannossa: hafniumoksidia porttieristeenä, joka auttaa hallitsemaan virtaa transistoreissa, ja zirkoniumoksidia kondensaattorieristeenä varauksen tallentamiseen DRAM-muistiin.

Tutkijat odottavat, että HZO:n yhteensopivuus puolijohdeteollisuudessa jo käytettyjen materiaalien ja prosessien kanssa yhdistettynä tässä tutkimuksessa osoitettuihin matalajännitteisiin, nopeisiin ja kestäviin ominaisuuksiin laajentaa ferrosähköisen muistin teollisten sovellusten potentiaalia. He odottavat myös, että tutkimuksessa esitettyjä suunnittelu- ja toimintaperiaatteita voitaisiin soveltaa paitsi erittäin integroituun DRAM-luokan muistiin myös laskentapiirien rinnalle integroitujen pienen tehonkäytön sulautettujen muistien kehittämiseen.

Tutkimusta valvonut professori Park sanoi: ”Muistin luominen, joka toimii nopeasti matalalla jännitteellä ja kestää samalla toistuvaa käyttöä pitkän ajan kuluessa, on tärkeä haaste.” Hän lisäsi: ”Tämä tutkimus on merkittävä, koska elektrodi- ja rajapintasuunnittelu mahdollisti kaikkien kolmen ominaisuuden saavuttamisen yhdessä ja tarjoaa ratkaisun pitkään jatkuneeseen kompromissiin ferroelektrisen muistin nopeuden ja käyttöiän välillä.”

Aiheesta aiemmin:

Haihtumattomien polarisaatiotilojen manipulointia

Monipuolinen ferrosähköisyys

Ferrosähköistä ja topologista muistia