Des chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, avec leurs collègues d'Allemagne et des États-Unis, ont réalisé une percée dans les dispositifs de mémoire non volatile. L'équipe a mis au point une méthode unique pour mesurer la distribution de potentiel électrique à travers un condensateur ferroélectrique, ce qui pourrait conduire à la création d'ordres de grandeur de mémoire plus rapidement que les lecteurs flash et SSD actuels, résister à 1 million de fois plus de cycles de réécriture. Le document a été publié en Nanoéchelle .

La mémoire à base de dioxyde d'hafnium est basée sur un diélectrique déjà connu de l'industrie de la microélectronique. Soumis à un traitement thermique et à un alliage, une couche de dioxyde d'hafnium à l'échelle nanométrique peut former des cristaux métastables qui possèdent des propriétés ferroélectriques, c'est-à-dire ils "se souviennent" de la direction du champ électrique qui leur est appliqué.

La nouvelle cellule mémoire est un film d'oxyde de zirconium-hafnium de 10 nanomètres d'épaisseur intercalé entre deux électrodes. Sa structure ressemble à un condensateur électrique conventionnel. Pour rendre les condensateurs ferroélectriques utilisables comme cellules mémoire, leur polarisation résiduelle doit être maximisée; et pour s'assurer que, les ingénieurs ont besoin d'une compréhension détaillée des processus qui se produisent dans le nanofilm. Il s'agit d'expliquer comment le potentiel électrique est distribué à travers le film suite à l'application de tension et à l'inversion de polarisation. Depuis la découverte d'une phase ferroélectrique dans l'oxyde d'hafnium il y a 10 ans, la distribution potentielle à l'échelle nanométrique a seulement été modélisée, mais pas directement mesuré. Ce dernier a été rapporté dans un article récent de Nanoéchelle .

L'équipe a utilisé une technique connue sous le nom de spectroscopie de photoémission de rayons X à haute énergie. La méthodologie spécialisée développée au MIPT repose sur le mode dit d'ondes stationnaires du puissant faisceau de rayons X monochromatique, qui nécessite une source de lumière synchrotron pour produire. La machine utilisée dans l'étude est située à Hambourg, Allemagne. Il a été utilisé pour effectuer des mesures sur les prototypes de cellules mémoire à base d'oxyde d'hafnium fabriqués au MIPT.

"Si utilisé pour la production industrielle de cellules de mémoire non volatile, les condensateurs ferroélectriques développés dans notre laboratoire pourraient supporter 10 milliards de cycles de réécriture, qui est 100, 000 fois plus que les clés USB de pointe peuvent survivre, " a déclaré le co-auteur de l'étude Andrei Zenkevich, qui dirige le Laboratoire de matériaux et dispositifs fonctionnels pour la nanoélectronique au MIPT.

Un autre avantage des dispositifs de mémoire ferroélectrique est que le rayonnement externe n'a absolument aucun effet sur eux, contrairement à leurs analogues à base de semi-conducteurs. Cela signifie que la mémoire flash du futur pourrait même résister à l'exposition aux rayons cosmiques et fonctionner dans l'espace.