Исследования последнего времени показывают, что ферроэлектрики становятся эффективной альтернативой магнитным и диэлектрическим материалам при создании энергонезавизависимых запоминающих устройств (запоминающие устройства, содержимое которых сохраняется при отключении электропитания).

С другой стороны, известно, что ферроэлектрические материалы часто повреждаются при использовании традиционной литографической техники. Решением проблемы может стать новый подход, названный копированием по шаблону (stencil patterning).

Ферроэлектрическими называют материалы потому, что такие материалы имеют постоянные электрические диполи, аналогичные магнитным диполям, свойственным железу. Точно так же как северный и южный полюсы магнита, положительный и отрицательный полюсы постоянного электрического диполя могут чередоваться, но гораздо быстрее. Материал, соответственно, может сохранять данные по технологии жесткого диска, а воспроизводить их так же быстро, как рабочая память.

Ву Ли (Woo Lee) из Института Микроструктурной Физики Макса Планка в Германии (Max Planck Institute of Microstructure Physics in Halle, Germany) с коллегами из Кореи использовали свой метод работы по шаблону для создания матрицы ферроэлектрических конденсаторов с исключительно высокой плотностью элементов – 176 Гбит/кв.дюйм – рекордной для такого материала. Использованный способ не повреждает чувствительные ферроэлектрические структуры.

Схема изготовления наноконденсаторов

Технология Ли и его коллег включает в себя следующие основные особенности. На первой фазе разработчики получили пористые «теневые маски» с регулярной структурой наноотверстий. Маски в виде тонких мембран весьма пористого оксида алюминия были получены из тончайших листов чистого алюминия путем их электрохимического анодирования. В таких процессах структура наноотверстий образуется практически автоматически. В следующей фазе на оксид алюминия были напылены тончайшие слои полистирена.

В последующей операции маски были помещены на подложку из оксида магния, покрытого слоем платины. Полистирен был удален, и с использованием лазера через наноотверстия в маске (шаблоне) были нанесены тонкие слои ферроэлектрика цирконата титаната свинца и платины. Когда шаблон был удален, на подложке осталась матрица конденсаторов типа металл/ферроэлектрик/металл размером порядка 40 нм.

Сверхтонкая маска (шаблон)

Поскольку расстояние между конденсаторными островками может быть достаточно малым (примерно 60 нм), это означает возможность создания матрицы конденсаторов с плотностью более, чем 10¹¹ элементов на квадратный дюйм. Конденсаторы могут работать и индивидуально несмотря на столь маленькие зазоры между ними.

Благодаря исключительной термической стабильности оксида алюминия, конденсаторные матрицы могут быть подвергнуты термообработке при температуре 650^оС.

Матрица конденсаторов на основе цирконата-титаната свинца (PZT)

Матрицы конденсаторов могут быть использованы в чипах RAM, например, в устройствах плейеров MP3 файлов, фотокамерах мобильных телефонов, ноутбуках, которые оперируют с очень большими файлами, которые нуждаются в быстрой обработке.

Работа была опубликована в журнале Nature Nanotechnology 3 402, 2008

Электронная версия статьи

Евгений Биргер