Ferroelektrisch Geheugen Haalt 10 Miljard Schrijfcycli — Sprong Naar Ruimte-Grade, Ultra-Duurzame Opslag

De nieuwe ferroelektrische condensator gebouwd in het lab kon 10 miljard herschrijfcycli doorstaan. In tegenstelling tot bestaande USB-sticks, kunnen ferroelektrische geheugenapparaten kosmische straling weerstaan en zelfs in de ruimte opereren.

Potentieel van Ferroelektrisch Geheugen

Het concept voor niet-vlatile geheugenapparaten die ferroelektrische dunne lagen met elektrisch schakelbare spontane polarisatie gebruiken, heeft enorm potentieel dankzij extreem laag energieverbruik, hoge schrijfsnelheid en theoretisch onbegrensde uithoudingsvermogen.

De elektronica-industrie zoekt vandaag naar nieuwe niet-vlatile geheugentechnologieën om langere levensduur en snellere toegangssnelheden te bereiken dan bestaande solid-state en flash drives. Een van de veelbelovende kandidaten is hafniumdioxide-gebaseerd geheugen. Het gebruikt een dielektrisch materiaal dat al bekend is in de micro-electronica-industrie.

Onder specifieke temperatuurbehandeling en legering kunnen sommige dunne hafniumdioxide-lagen metastabiele kristallen vormen die ferroelektrische eigenschappen vertonen. Dit betekent dat deze kristallen de richting van het op hen toegepaste elektrische veld kunnen 'onthouden'.

De structuur van deze nieuwe geheugencel (zirconium-hafnium oxide film) lijkt op een gewone elektrische condensator. Het is ongeveer 10 nanometer dik, ingesloten tussen twee elektrods.

Doorbraak Op Weg Naar Nieuwe Niet-vlatile Geheugentypen

Hoewel de ferroelektrische fase in hafniumoxide al een decennium geleden ontdekt werd, zijn wetenschappers nog niet in staat geweest om de potentiaalsverdeling op nanoschaal direct te meten.

Nu hebben onderzoekers van het Moskou Instituut voor Fysica en Technologie een unieke techniek ontwikkeld voor het bepalen van de elektrische potentiaalsverdeling over een ferroelektrische condensator.

Ze gebruikten harde X-ray fotoemissie spectroscopie om de geheugencondensator te onderzoeken. De techniek berust op de standing-wave modus van de sterke monochromatische X-ray bundel. Het meet het lokale electrostatische potentieel door de kernniveau lijnverschuivingen te onderzoeken.

De bevindingen tonen aan dat het elektrische potentiaalprofiel over de zirconium-hafnium oxide laag non-lineair is en verandert met polarisatieschakeling.

Een conventionele SSD

Onderzoekers combineerden data van scanning transmissie elektronenmicroscopie met theoretische modellering en verklarenden de waargenomen non-lineaire potentiaalgedrag in termen van defecten in zirconium-hafnium oxide, aan beide interfaces, en hun laadtoestand gemoduleerd door de ferroelektrische polarisatie.

Samenvattend: de studie werpt nieuw licht op de intrinsieke elektronische eigenschappen van hafniumoxide-gebaseerde ferroelektrische condensators en waarom ze belangrijk zijn voor het ontwerpen van geheugenapparaten.

Onderzoekers claimen dat de ferroelektrische condensator in hun lab 10 miljard herschrijfcycli kon doorstaan, bijna 100.000 keer meer dan wat vandaag de dag flash kan doorstaan.

In tegenstelling tot halfgeleider-gebaseerde apparaten, worden ferroelektrische geheugenapparaten niet beïnvloed door externe straling. Dit betekent dat ze kosmische straling kunnen weerstaan en zelfs in de buitenruimte kunnen opereren.