La nueva memoria no volátil podría soportar 10 mil millones de ciclos de reescritura

• El nuevo condensador ferroeléctrico construido en el laboratorio podría sobrevivir a 10 mil millones de ciclos de reescritura.
• A diferencia de las unidades flash existentes, los dispositivos de memoria ferroeléctrica podrían resistir la exposición a los rayos cósmicos e incluso operar en el espacio exterior.

El concepto de dispositivos de memoria no volátiles que utilizan láminas delgadas ferroeléctricas con polarización espontánea conmutable eléctricamente tiene un gran potencial debido al muy bajo consumo de energía, alta velocidad de escritura y resistencia teóricamente ilimitada.

En la actualidad, la industria electrónica está buscando nuevas tecnologías de memoria no volátil para lograr una vida útil más prolongada y velocidades de acceso más rápidas que las unidades flash y de estado sólido existentes. Uno de los candidatos prometedores es la memoria basada en dióxido de hafnio. Utiliza un material dieléctrico que ya es conocido en la industria de la microelectrónica.

Bajo un tratamiento de temperatura específico y una aleación, una capa delgada de dióxido de hafnio puede formar cristales metaestables que exhiben propiedades ferroeléctricas. Esto significa que estos cristales pueden "memorizar" la dirección del campo eléctrico que se les aplica.

La estructura de esta nueva celda de memoria (película de óxido de circonio-hafnio) se asemeja a un condensador eléctrico ordinario. Tiene aproximadamente 10 nanómetros de espesor, interpuesto entre dos electrodos.

La polarización remanente de los condensadores ferroeléctricos debe maximizarse para que puedan usarse como celdas de memoria. Sin embargo, para asegurarse de eso, los investigadores deben comprender profundamente los procesos que ocurren en la película delgada. Esto implica medir el potencial eléctrico distribuido a través de la nanofilm.

Avance en el camino hacia nuevos tipos de memoria no volátil

Aunque la fase ferroeléctrica en el óxido de hafnio se descubrió hace una década, los científicos aún no han podido medir directamente su distribución potencial a nanoescala.

Ahora, los investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú han ideado una técnica única para determinar la distribución del potencial eléctrico a través de un condensador ferroeléctrico.

Referencia:Nanoescala | DOI:10.1039 / C9NR05904K | MIPT

Utilizaron espectroscopia de fotoemisión de rayos X duros para sondear el condensador de memoria. La técnica se basa en el modo de onda estacionaria del fuerte haz de rayos X monocromático. Mide el potencial electrostático local examinando los cambios de línea a nivel del núcleo.

Los hallazgos muestran que el perfil de potencial eléctrico a través de la capa de óxido de circonio-hafnio no es lineal y se altera con el cambio de polarización.

Un SSD convencional

Los investigadores combinaron los datos de la microscopía electrónica de transmisión de barrido con modelos teóricos y explicaron el comportamiento potencial no lineal observado en términos de defectos en el óxido de circonio-hafnio, en ambas interfaces, y su estado de carga modulado por la polarización ferroeléctrica.

En resumen, el estudio arroja nueva luz sobre las propiedades electrónicas intrínsecas de los condensadores ferroeléctricos a base de óxido de hafnio y por qué son importantes para la ingeniería de dispositivos de memoria.

Los investigadores afirmaron que el condensador ferroeléctrico construido en su laboratorio podría sobrevivir a 10 mil millones de ciclos de reescritura, casi 100.000 veces más de lo que puede soportar el flash actual.

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A diferencia de los dispositivos basados ​​en semiconductores, los dispositivos de memoria ferroeléctricos no se ven afectados por la radiación externa. Esto significa que podrían resistir la exposición a los rayos cósmicos e incluso operar en el espacio exterior.