Ученые из МФТИ впервые вырастили сверхтонкие (2,5 нм) сегнетоэлектрические пленки на основе оксида гафния, которые могут стать основой для элементов энергонезависимой памяти именуемых сегнетоэлектрическими туннельными переходами. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Appl. Mater. Interfaces.

Известно множество принципов, на которых может быть построена память, но каждый имеет свои недостатки. Поэтому современные компьютеры и мобильные устройства содержат несколько видов памяти.

Перспективной, но на сегодня не реализованной в производстве, является энергонезависимая память на так называемых сегнетоэлектрических туннельных переходах. Сегнетоэлектрик – вещество способное «запоминать» направление приложенного внешнего электрического поля путем остаточной поляризации зарядов.

На основе тонкопленочных сегнетоэлектриков уже давно изготавливают устройства энергонезависимой памяти, однако возможность их миниатюризации крайне ограничена, к тому же в них используются материалы, которые «не дружат» с технологическими процессами современной микроэлектроники.

Команда исследователей из лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ, при участии коллег из Университета Небраски (США) и Университета Лозанны (Швейцария), впервые экспериментально продемонстрировала, что сплавные поликристаллические пленки оксидов гафния и циркония толщиной всего 2.5 нм сохраняют сегнетоэлектрические свойства.

Оксид гафния уже используется при производстве современных кремниевых логических микросхем, а несколько лет назад в одной из его модификаций были обнаружены сегнетоэлектрические свойства. Заслуга ученых из МФТИ состоит в том, что им удалось вырастить сверхтонкую, туннельно-прозрачную пленку этого вещества на кремниевой подложке, сохранив при этом его сегнетоэлектрические свойства.

Поперечное сечение изготовленной структуры: сплавная поликристаллическая пленка оксидов гафния и циркония, выращенная на подложке высоколегированного кремния (верхний электрод – нитрид титана)

«Поскольку структуры из этого материала совместимы с кремниевой технологией, можно рассчитывать, что в ближайшем будущем непосредственно на кремнии могут быть созданы новые устройства энергонезависимой памяти с использованием сегнетоэлектрических поликристаллических слоев оксида гафния», – говорит ведущий автор исследования, заведующий лаборатории функциональных материалов и устройств для наноэлектроники Андрей Зенкевич.