Nova memória não volátil pode suportar 10 bilhões de ciclos de reescrita

• O novo capacitor ferroelétrico construído no laboratório pode sobreviver a 10 bilhões de ciclos de reescrita.
• Ao contrário das unidades flash existentes, os dispositivos de memória ferroelétrica podem resistir à exposição a raios cósmicos e até mesmo operar no espaço sideral.

O conceito de dispositivos de memória não volátil que utilizam folhas finas ferroelétricas com polarização espontânea eletricamente comutável tem um grande potencial devido ao consumo de energia muito baixo, alta velocidade de gravação e durabilidade teoricamente ilimitada.

Hoje, a indústria eletrônica está buscando novas tecnologias de memória não volátil para alcançar vidas úteis mais longas e velocidades de acesso mais rápidas do que as unidades de estado sólido e flash existentes. Um dos candidatos promissores é a memória baseada em dióxido de háfnio. Utiliza um material dielétrico já conhecido na indústria de microeletrônica.

Sob tratamento de temperatura específico e liga, alguma camada fina de dióxido de háfnio pode formar cristais metaestáveis ​​que exibem propriedades ferroelétricas. Isso significa que esses cristais podem "memorizar" a direção do campo elétrico aplicado a eles.

A estrutura desta nova célula de memória (filme de óxido de zircônio-háfnio) se assemelha a um capacitor elétrico comum. Tem aproximadamente 10 nanômetros de espessura, interposto entre dois eletrodos.

A polarização remanescente dos capacitores ferroelétricos deve ser maximizada para que possam ser usados ​​como células de memória. No entanto, para garantir isso, os pesquisadores precisam entender profundamente os processos que ocorrem no filme fino. Isso envolve a medição do potencial elétrico distribuído pelo nanofilme.

Avanço no caminho para novos tipos de memória não volátil

Embora a fase ferroelétrica no óxido de háfnio tenha sido descoberta há uma década, os cientistas ainda não foram capazes de medir diretamente sua distribuição potencial em nanoescala.

Agora, pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou criaram uma técnica única para determinar a distribuição do potencial elétrico em um capacitor ferroelétrico.

Referência:Nanoscale | DOI:10.1039 / C9NR05904K | MIPT

Eles usaram espectroscopia de fotoemissão de raios-X para sondar o capacitor de memória. A técnica se baseia no modo de onda estacionária do forte feixe monocromático de raios-X. Ele mede o potencial eletrostático local examinando as mudanças de linha no nível do núcleo.

Os resultados mostram que o perfil do potencial elétrico através da camada de óxido de zircônio-háfnio não é linear e se altera com a troca de polarização.

Um SSD convencional

Os pesquisadores combinaram os dados da microscopia eletrônica de transmissão de varredura com a modelagem teórica e explicaram o comportamento do potencial não linear observado em termos de defeitos no óxido de zircônio-háfnio, em ambas as interfaces, e seu estado de carga modulado pela polarização ferroelétrica.

Em resumo, o estudo lança uma nova luz sobre as propriedades eletrônicas intrínsecas dos capacitores ferroelétricos baseados em óxido de háfnio e porque eles são importantes para dispositivos de memória de engenharia.

Os pesquisadores afirmaram que o capacitor ferroelétrico construído em seu laboratório poderia sobreviver a 10 bilhões de ciclos de reescrita, quase 100.000 vezes mais do que o flash de hoje pode suportar.

Leia:Novo tipo de memória de computador pode substituir unidades de memória RAM e flash existentes

Ao contrário dos dispositivos baseados em semicondutores, os dispositivos de memória ferroelétrica não são afetados pela radiação externa. Isso significa que eles podem suportar a exposição aos raios cósmicos e até mesmo operar no espaço sideral.