新しい不揮発性メモリは100億回の書き換えサイクルに耐えることができます

• ラボに組み込まれた新しい強誘電体コンデンサは、100億回の書き換えサイクルに耐えることができます。
• 既存のフラッシュドライブとは異なり、強誘電体メモリデバイスは宇宙線への曝露に耐えることができ、宇宙空間でも動作します。

電気的に切り替え可能な自発分極を備えた強誘電体の薄いシートを利用する不揮発性メモリデバイスの概念は、非常に低い消費電力、高い書き込み速度、および理論的に無制限の耐久性により、大きな可能性を秘めています。

今日、電子業界は、既存のソリッドステートおよびフラッシュドライブよりも長い寿命と高速なアクセス速度を実現するために、新しい不揮発性メモリ技術を追求しています。有望な候補の1つは、二酸化ハフニウムベースのメモリです。マイクロエレクトロニクス業界ですでに知られている誘電体を使用しています。

特定の温度処理と合金化の下で、いくつかの薄い二酸化ハフニウム層は、強誘電特性を示す準安定結晶を形成する可能性があります。これは、これらの結晶がそれらに加えられた電界の方向を「記憶」できることを意味します。

この新しいメモリセル（ジルコニウム-ハフニウム酸化物膜）の構造は、通常の電気コンデンサに似ています。厚さは約10ナノメートルで、2つの電極の間に挿入されています。

強誘電体コンデンサの残留分極は、メモリセルとして使用できるように最大化する必要があります。ただし、それを確実にするために、研究者は薄膜で発生するプロセスを深く理解する必要があります。これには、ナノフィルム全体に分布する電位の測定が含まれます。

新しい不揮発性メモリタイプへの道のりの突破口

酸化ハフニウムの強誘電相は10年前に発見されましたが、科学者はまだナノスケールでその電位分布を直接測定することができていません。

現在、モスクワ物理技術研究所の研究者は、強誘電体コンデンサの両端の電位分布を決定するための独自の手法を考案しました。

参照：ナノスケール| DOI：10.1039 / C9NR05904K | MIPT

彼らは、硬X線光電子分光法を使用してメモリコンデンサを調べました。この手法は、強力な単色X線ビームの定在波モードに依存しています。コアレベルのラインシフトを調べることにより、局所的な静電ポテンシャルを測定します。

調査結果は、酸化ジルコニウム-ハフニウム層全体の電位プロファイルが非線形であり、分極スイッチングによって変化することを示しています。

従来のSSD

研究者は、走査型透過電子顕微鏡からのデータを理論的モデリングと組み合わせ、両方の界面でのジルコニウム-ハフニウム酸化物の欠陥、および強誘電分極によって変調されたそれらの電荷状態に関して観察された非線形電位挙動を説明しました。

要約すると、この研究は、酸化ハフニウムベースの強誘電体コンデンサの固有の電子特性と、それらがメモリデバイスのエンジニアリングに重要である理由に新たな光を当てています。

研究者たちは、研究室に組み込まれた強誘電体コンデンサは100億回の書き換えサイクルに耐えることができ、今日のフラッシュが耐えられるもののほぼ100,000倍であると主張しました。

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半導体ベースのデバイスとは異なり、強誘電体メモリデバイスは外部放射の影響を受けません。これは、宇宙線への曝露に耐えることができ、宇宙空間でさえも動作できることを意味します。