Ученые из МФТИ опробовали конденсаторы, которые в будущем помогут заменить флешки на более надежные хранилища

    image

    Ученые из лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ совместно с коллегами из Германии и США смогли создать методику измерения распределения электрического потенциала внутри так называемого сегнетоэлектрического конденсатора. Таким образом, они заложили основы элементов памяти будущего, которые будут работать быстрее и надежнее нынешних флешек и жестких дисков.

    Отмечается, что устройства нового поколения смогут выдерживать в сотни тысяч раз больше циклов перезаписи.

    В настоящее время устройства постоянной памяти, то есть твердотельные диски (SSD) и флешки, совершенствуются в плане роста объема памяти. Однако в системах, которые требуют повышенной надежности, в том числе, серверное оборудование, продолжают использовать традиционные магнитные диски. Проблема заключается в том, что флешки изготовлены на основе транзисторов, и это ограничивает их скорость и надежность, так как примерно через 10^5−10^6 циклов перезаписи они начинают давать сбои или терять информацию.
    См. также: «Хранение фотографий на DVD-дисках в 2K19-м (в 2190-м? в 2238-м?)»

    Перспективным материалом для нового вида накопителя считается оксид гафния (HfO2). Диэлектрический материал изначально использовали в микроэлектронной промышленности при изготовлении транзисторов в процессорах в качестве так называемого подзатворного диэлектрика. Затем немецкие ученые выяснили, что при определенных условиях, например, при температурной обработке, очень тонкий слой оксида гафния можно «переключить» в необычную для него кристаллическую структуру (фазу), которая имеет сегнетоэлектрические свойства. Получается, что под воздействием внешнего электрического поля в кристалле возникает остаточная поляризация, и это делает возможным хранить на нем двоичную информацию.

    «Все открытые ранее сегнетоэлектрики по разным причинам не могут быть использованы в современной наноэлектронике, — отмечает один из авторов исследования Андрей Зенкевич, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ.

    Элементарная ячейка памяти нового типа — это тончайший (менее 10 нанометров) слой сегнетоэлектрического оксида гафния. К нему с двух сторон примыкают управляющие электроды. Конструкция напоминает электрический конденсатор, однако для использования сегнетоэлектрических конденсаторов в качестве ячеек памяти нужно добиться максимально возможной величины поляризации. Для этого ученым необходимо детально изучить свойства нанослоя. Например, им нужно получить представление о том, как распределяется электрический потенциал внутри него при подаче напряжения на электроды. Ранее никто из исследователей непосредственно не занимался этим, а распределение потенциала изучали с помощью математических моделей.

    Авторы нового исследования смогли изучить это распределение на практике. Они применили метод так называемой высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Она потребовала применения рентгеновского излучения, получаемого только на специальных ускорителях-синхротронах, один из которых находится в немецком Гамбурге. Там и провели измерения на сегнетоэлектрических конденсаторах, изготовленных в МФТИ. Прототип ячейки памяти поместили в сверхвысоковакуумную камеру. Там его подключили к аппаратуре, контролирующей электрическое состояние и перезаписывающей сохраненную в ячейке информацию прямо во время облучения. Затем на структуру направили сфокусированный пучок рентгеновского излучения под скользящим углом ~0.5 градуса. Это спровоцировало эффект так называемой «стоячей» волны рентгена в структуре. Фотоэлектроны, возбужденные волной, были зафиксированы с помощью специального анализатора. Это и позволило узнать о величине электрического потенциала в слое оксида гафния.

    image

    «В основе методики лежит явление фотоэффекта. Измеряя энергию вылетающих из сегнетоэлектрика фотоэлектронов в сочетании с определенными схемами облучения структур, нам удалось получить картину локального электрического потенциала по всей толщине слоя с нанометровым разрешением», — пояснил Юрий Матвеев, один из авторов, научный сотрудник гамбургского синхротрона Deutsches Elektronen-Synchrotron.

    Зенкевич отмечает, что созданные конденсаторы, если их применить для промышленного изготовления ячеек памяти, способны обеспечить 10^10 циклов перезаписи.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 18

      0

      Прям вот точно 1010. Не 1009, не 1011. У меня ощущение, что бедный журналист никак не может отбиться от нежелательных сексуальных ласк учёного.

        +5
        Я так понимаю тут <sup> потерялся в каждом числе начинающемся на 10...
          +2
          Это 10^10, видимо.
            0
            Лучше так, чем когда 1010 (2) = 10 (10)
          0
          Проблема заключается в том, что флешки изготовлены на основе транзисторов, и это ограничивает их скорость и надежность, так как примерно через 105−106 циклов перезаписи они начинают давать сбои или терять информацию.

          У меня большинство флешек живет уже несколько лет активного использования. На них уже не 105, а 1005 циклов уже записано-перезаписано. Как их сломать?
            +3
            Выше ведь уже написали — 105-106 это 10^5 и 10^6, а 1010 — 10^10
              0

              Возможно это 105-106 перезаписей без учёта работы алгоритмов коррекции ошибок.

              0
              del
                0
                Там тоже степень потерялась. Должно быть 10^5 — 10^6 циклов перезаписи.
                0
                Они же (но не все) три года назад.
                image
                Ученые МФТИ вырастили на основе оксида гафния материал для энергонезависимой памяти нового типа


                Упоминание в пресс-релизе вот этого «сегнетоэлектрического конденсатора», IMXO, перебор. Теперь этот «конденсатор» растащили по всему рунету. Речь всего лишь об условном накоплении заряда. Об остаточной поляризации в рабочем слое. Нет там никаких конденсаторов.
                  0
                  Пресс-релиз, конечно, местами так себе, но чем конденсатор вам не угодил? :)
                    0
                    Конденсатор предполагает интерес к вариативной ёмкости, а ячейка памяти это несколько другое. Тем более, что речь об энергонезависимой ячейке.
                      0
                      Конденсатор — это штука с двумя терминалами, напряжение между которыми определяется протекшим через него зарядом. То, что в качестве диэлектрика в него засунут ферроэлектрик не мешает ему оставаться конденсатором.
                        0
                        Ну а здесь такой особый конденсатор, который не может находиться в полузаряженном состоянии (он либо поляризован в одном направлении, либо в другом), но в целом для внешней цепи ведет себя так же. Впрочем, ещё саморазряда нет.
                    0

                    При "грамотном" подходе можно и текущие 10^15-10^16 на "классической" FRAM ухайдокать достаточно быстро.
                    Исследовали — молодцы. Но "прорывной" технологией пока и не пахнет.

                      0
                      Ухайдокать 10^16 (если это действительно 10^16) довольно проблематично — даже если предположить фантастическое для текущей FRAM время цикла записи 1 нс, и все время писать в одну и ту же строку, придется заниматься этим на протяжении 200 лет :D
                      0
                      Как раз в рассылке недавно пришло на ту же тему:
                      ron.terraelectronica.ru/news/6282?utm_campaign=UNITERA-703&utm_source=Sendsay&utm_medium=email&utm_term=terra&utm_content=IBR
                        0
                        Ну что там, где там мемристоры уже?

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое