В МФТИ сделали сегнетоэлектрическую память рекордно выносливой. Флешки на основе этой памяти не теряют данные при отключении, выдерживают 100 млн циклов перезаписи, что в тысячи раз превышает ресурс современной флеш-памяти, и потребляют минимум энергии. Открытие позволяет использовать это устройство памяти повсеместно: от флешек, до кардиостимуляторов и ускорителей ИИ, – сообщили "Газете.
Ru" в МФТИ.Сегнетоэлектрики — материалы, которые поддерживают поляризацию после снятия внешнего электрического поля, что позволяет сохранять всю информацию даже без доступа к сети питания. Кроме того, сегнетоэлектрики могут работать в пленках толщиной всего в несколько нанометров, которые удобно использовать в миниатюрных чипах.
Учёные МФТИ научились прогнозировать поведение памяти на основе перспективного сегнетоэлектрика – оксида гафния-циркония. В результате им удалось найти идеальный баланс между ее скоростью, надежностью и долговечностью.
Главное ограничение, с которым сталкиваются инженеры, когда пытаются создать сверхтонкие пленки памяти — токи утечки. Чем меньше ее толщина, тем больше ток начинает просачиваться через пленку. Это сводит на нет энергоэффективность устройства и вносит помехи в сигнал.
"Оказалось, что главные виновники роста токов утечки – это границы между кристаллическими зернами внутри пленки. С уменьшением толщины пленки эти зерна становятся меньше, а суммарная длина их границ увеличивается. Эти границы являются естественными дефектами и служат ловушками для электронов. Чем больше таких ловушек, тем выше ток утечки", — пояснил младший научный сотрудник лаборатории перспективных концепций хранения данных МФТИ Илья Савичев.
Управлять этим эффектом можно, контролируя размер кристаллических зерен, оптимизируя режим отжига, подбирая подходящие материалы электродов и специальные затравочные слои.
Ученые МФТИ изготовили миниатюрные конденсаторы, где пленка сегнетоэлектрика заключена между электродами из вольфрама и нитрида титана. С помощью серии импульсов напряжением от 0,95 до 3,5 Вольт имитировали запись, хранение, считывание данных и регистрировали токовый отклик в разные моменты времени. На основе этих данных физики построили математическую модель, предсказывающую поведение памяти на годы вперед.
Новая модель поможет инженерам еще на этапе проектирования подобрать оптимальные режимы работы чипа под конкретную задачу и точно знать, сколько лет прослужит устройство.
"Мы выявили четкое правило: чем "лучше" сегнетоэлектрик, тем быстрее он "стареет" под действием собственного поля. Пользуясь этим правилом, память на основе сегнетоэлектриков можно адаптировать под свои задачи. Например, для кардиостимуляторов важно надежное хранение данных долгое время, поэтому нужно выбрать пленки большей толщины. А вот для ускорителей ИИ и систем обработки видеопотоков, где память используется как рабочая, необходимы миллиарды циклов быстрой перезаписи. Здесь выигрывает ультратонкий слой", – отметила в беседе с "Газетой.Ru" старший научный сотрудник, заведующий лабораторией перспективных концепций хранения данных МФТИ Анастасия Чуприк.
Свежие комментарии