Memoria ferroeléctrica alcanza 10.000 millones de ciclos de escritura: salto hacia almacenamiento ultra-durable grado espacial

El nuevo capacitor ferroeléctrico construido en el laboratorio podría sobrevivir 10.000 millones de ciclos de reescritura. A diferencia de las unidades flash existentes, los dispositivos de memoria ferroeléctrica podrían resistir la exposición a rayos cósmicos e incluso operar en el espacio exterior.

Avance hacia nuevos tipos de memoria no volátil

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

Hoy, la industria electrónica persigue nuevas tecnologías de memoria no volátil para lograr vidas más largas y velocidades de acceso más rápidas que las unidades de estado sólido y flash existentes. Uno de los candidatos prometedores es la memoria basada en dióxido de hafnio. Usa un material dieléctrico ya conocido en la industria microelectrónica.

Bajo tratamiento térmico específico y aleación, algunas capas delgadas de dióxido de hafnio pueden formar cristales metaestables que exhiben propiedades ferroeléctricas. Esto significa que estos cristales pueden "memorizar" la dirección del campo eléctrico aplicado a ellos.

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

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

Avance en el camino a nuevos tipos de memoria no volátil

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

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

Usaron espectroscopía de fotoemisión de rayos X duros para sondear el capacitor de memoria. La técnica se basa en el modo de onda estacionaria del haz de rayos X monocromático fuerte. Mide el potencial electrostático local examinando los desplazamientos de líneas de nivel de energía.

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

Un SSD convencional

Los investigadores combinaron datos de microscopía electrónica de transmisión de barrido con modelado teórico y explicaron el comportamiento no lineal observado del potencial 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 capacitores ferroeléctricos basados en óxido de hafnio y por qué son importantes para la ingeniería de dispositivos de memoria.

Los investigadores afirmaron que el capacitor ferroeléctrico construido en su laboratorio podría sobrevivir 10.000 millones de ciclos de reescritura, casi 100.000 veces más que lo que la flash actual puede soportar.

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