Группа ученых из лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ, при участии коллег из Университета Небраски (США) и Университета Лозанны (Швейцария), создала пленки оксидов гафния и циркония толщиной всего 2,5 нанометров, которые смогут стать основой для элементов памяти нового типа, сообщается в пресс-релизе МФТИ.
Перспективным направлением в разработке энергонезависимых запоминающих устройств в наши дни считается использование сегнетоэлектриков – веществ, способных «запоминать» направление приложенного внешнего электрического поля благодаря поляризации, которая возникает в их кристаллах. В последние годы разрабатываются устройства энергонезависимой памяти на основе сверхтонких пленок из сегнетоэлектриков при использовании туннельного эффекта. В принципе, сегнетоэлектрики являются изоляторами и не проводят электрический ток. Однако при очень малой толщине сегнетоэлектрического слоя электроны с некоторой вероятностью все же могут может «проскочить» сквозь него, благодаря туннельному эффекту, имеющему квантовую природу. Вероятность туннелирования зависит от размера и формы потенциального барьера (энергетической характеристики структуры), а «проскочившие» электроны образуют туннельный ток. Движение электронов в этом случае напоминает бег с препятствиями, а величина этого препятствия определяется направлением вектора поляризации, который меняет форму потенциального барьера. Таким образом, запись информации производится подачей напряжения на электроды, примыкающие к сверхтонкому сегнетоэлектрику, а считывание – измерением туннельного тока.
Но пока все прототипы устройств на основе сегнетоэлектриков были несовместимы с кремниевой технологией, которая используется для производства большинства современных микросхем. Теперь ученым удалось экспериментально доказать, что сплавные поликристаллические пленки оксидов гафния и циркония сохраняют сегнетоэлектрические свойства. В итоге исследователи смогли вырастить сверхтонкую, туннельно-прозрачную пленку оксида гафния, имеющую такие свойства, на кремниевой подложке. Для роста пленки использовался метод атомно-слоевого осаждения, который сегодня широко применяется в производстве современных микропроцессоров.
«Поскольку структуры из этого материала совместимы с кремниевой технологией, можно рассчитывать, что в ближайшем будущем непосредственно на кремнии могут быть созданы новые устройства энергонезависимой памяти с использованием сегнетоэлектрических поликристаллических слоев оксида гафния», — говорит ведущий автор исследования, заведующий лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Андрей Зенкевич.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Appl. Mater. Interfaces.
