Учёные Калифорнийского университета в Беркли и Аргоннской национальной лаборатории создали самый тонкий из когда-либо созданных сегнетоэлектрических материалов. Разработчики считают, что эта уникальная разработка открывает возможности для создания новых энергоэффективных устройств.
"В результате этой разработки удалось добиться снижения энергопотребления вычислительных систем за счет использования инновационных свойств материала в малых масштабах.", сообщает ANL.
Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory разработала технологию, которая позволяет справиться одновременно с двумя задачами, изготовив самый тонкий в мире сегнетоэлектрик (ферроэлектрик), а также продемонстрировав самую тонкую модель рабочей памяти на кремнии. University of California at Berkeley провел аналогичные эксперименты и поделился результатами в журнале Science.
По данным ANL, сегнетоэлектрические материалы открывают широкие возможности для снижения энергопотребления сверхмалых электронных компонентов, используемых в компьютерах и мобильных телефонах. Однако при толщине менее нескольких нанометров обычные ферроэлектрические материалы теряют свою внутреннюю поляризацию. Это означает, что они несовместимы с кремниевой технологией, используемой сегодня. Из-за этой проблемы сегнетоэлектрики исторически не могли быть интегрированы в микроэлектронику.
Исследователи наблюдали стабильные сегнетоэлектрические свойства в слое диоксида циркония толщиной в пол-нанометра. Это размер одного атомного структурного блока, который примерно в 200 000 раз тоньше человеческого волоса. Команда исследователей вырастила этот материал прямо на кремниевой подложке.
Инженеры обнаружили стабильные сегнетоэлектрические свойства у диоксида циркония (обычно ZrO2 не является сегнетоэлектриком) при условии, что толщина слоя из этого вещества не превышает двух нанометров.
Кроме того, исследователям удалось многократно изменять поляризацию сверхтонкого материала с помощью небольшого напряжения. Таким образом, была продемонстрирована самая тонкая модель рабочей памяти, когда-либо созданная на кремнии. Разработчики считают, что такой материал открывает широкие перспективы в сфере энергоэффективной электроники, особенно учитывая, что обычный диоксид циркония уже давно используется в современных кремниевых чипах.
"Благодаря этому открытию нам удалось совершить настоящий прорыв на пути интеграции сегнетоэлектриков в масштабируемую микроэлектронику", — заявил Сурадж Чима, постдокторант Калифорнийского университета в Беркли, руководитель проекта
Помимо непосредственного технологического значения, эта работа имеет важные перспективы для создания новых двумерных материалов.
"Простое сжатие трехмерных материалов до их предельной толщины в 2D предлагает простой и в то же время эффективный путь к разгадке скрытых процессов в самых разных материалах", — сказал Чима. "Новая методика значительно расширяет границы дизайна материалов для электроники следующего поколения, включая материалы, уже совместимые с кремниевыми технологиями".
Проект был разработан под руководством Чимы и Сайефа Салахуддина из Калифорнийского университета в Беркли, а также соавторов Нирмаана Шанкера и Шанг-Лин Хсу.
Источники: Argonne National Laboratory, Journal Interesting Engineering, Wikipedia
1. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Сегнетоэлектрик)
2. (https://interestingengineering.com/science/thinnest-ferroelectric-material-devices)
3. (https://www.anl.gov/article/thinnest-ferroelectric-material-ever-paves-the-way-for-new-energyefficient-devies)