Розроблено енергонезалежну пам'ять на сегнетоелектриках

Вченими з Пенсільванського університету був розроблений новий підвид матеріалів, які можна використовувати для зберігання даних.

Дослідники продемонстрували сегнетоелектрику в оксиді цинку-магнію. Це дозволить створити пристрої зберігання інформації, що споживають в рази менше електроенергії.

Сегнетоелектрики - матеріали, що володіють спонтанною поляризацією, орієнтацію якої можна змінити, приклавши зовнішнє електричне поле. Такі речовини володіють сегнетоелектричною гістерезисом - це означає, що матеріал «пам'ятає» передісторію дій: поляризація матеріалу неоднозначно залежить від зовнішнього електричного поля. Більш того, сегнетоелектрики залишаються в одному поляризованому стані без додаткового харчування і, отже, дозволяють довго зберігати інформацію.

Нові матеріали виготовлені з тонких плівок оксиду цинку, легованого магнієм. Плівку виростили методом вакуумного напилення - на мішень, що містить магній і цинк, направляються іони аргону, які б'ють по ній з досить високою енергією, щоб відірвати атоми. Звільнені атоми магнію і цинку знаходяться в паровій фазі, поки не вступлять в реакцію з хімічно активним газом, доданим в середу - наприклад, з киснем, і не осядуть на підкладці з оксиду алюмінію, утворюючи тонкі плівки.

Дослідники легували оксид цинку магнієм в першу чергу для збільшення ширини забороненої зони оксиду цинку. Для напівпровідників це найважливіший показник. Правда, раніше такий матеріал не досліджували на предмет сегнетоелектрики, але поведінка матеріалу дає підстави так вважати.

Процес створення тонких плівок

Ліворуч: напилення тонких плівок; У центрі: петля гістерезису, що показує два стани залишкової поляризації при нульовому електричному полі (можна сказати, 0 і 1); Праворуч: зображення, отримане за допомогою атомно-силового мікроскопа, показує дрібнозернисту мікроструктуру.

Додаткова перевага тонких плівок з оксиду цинку-магнію в тому, що вони можуть осаджуватися при набагато нижчих температурах, ніж інші сегнетоелектричні матеріали - переважна більшість матеріалів виготовляється за допомогою температур від 300 до 1000 ° C. Чим нижче температура, тим нижче шанс зустрітися з небажаною реакцією якого-небудь з шарів напівпровідника і тим імовірніше отримати хороший матеріал.

Дослідники планують виготовити з цього матеріалу конденсатори товщиною 10 нанометрів і від 20 до 30 нанометрів у поперечнику. Це вкрай непросте завдання, і особливо воно ускладнюється тим, що при напиленні можливо отримати дефекти плівок. Крім того, при розробці нових матеріалів добре б з'ясувати, як вони виходять з ладу і зрозуміти, як пом'якшити механізми відмови.

Дослідження опубліковано в Journal of Applied Physics.