Исследовательская группа из Школы материалов и химических технологий Токийского института науки (Science Tokyo) совместно с корпорацией Canon ANELVA продемонстрировала новый подход, позволивший создать ультратонкие сегнетоэлектрические конденсаторы общей толщиной всего 30 нм, включая электроды.
Сегнетоэлектрическая память и проблема масштабирования
Сегнетоэлектрическая память хранит информацию за счёт переключаемой электрической поляризации, которая сохраняется даже после отключения питания. Это делает такие устройства особенно привлекательными для мобильной, встраиваемой и IoT-электроники.
До сих пор большинство исследований было сосредоточено на уменьшении толщины сегнетоэлектрического слоя, тогда как вклад электродов в общий размер устройства часто игнорировался. В результате реальное масштабирование памяти оставалось ограниченным.
«Наше исследование отличается тем, что мы сосредоточились на уменьшении размеров всего устройства, а не только сегнетоэлектрической плёнки», — подчёркивают авторы работы.
Конструкция и материалы
Учёные разработали трёхслойную конденсаторную структуру, в которой сегнетоэлектрический слой на основе нитрида алюминия, замещённого скандием, заключён между двумя платиновыми электродами:
- нижний платиновый электрод — 5 нм;
- сегнетоэлектрический слой (Al₀․₉Sc₀․₁)N — 20 нм;
- верхний платиновый электрод — 5 нм.
Итоговая структура Pt/(Al₀․₉Sc₀․₁)N/Pt имеет суммарную толщину всего 30 нм, что делает её одной из самых тонких сегнетоэлектрических конденсаторных архитектур, продемонстрированных на сегодняшний день.
Ключевые характеристики и технологические приёмы
Высокие эксплуатационные характеристики конденсаторов обусловлены сильной остаточной поляризацией (Al,Sc)N — способностью материала сохранять поляризованное состояние после снятия электрического поля.
Дополнительным важным результатом стало обнаружение влияния термической обработки нижнего платинового электрода. Отжиг при температуре 840 °C улучшал кристаллическую ориентацию платины, что, в свою очередь, повышало эффективность переключения поляризации в ультратонких сегнетоэлектрических плёнках. Это критически важно для сохранения функциональности при экстремальном уменьшении толщины.
Значение для микроэлектроники и памяти будущего
Уменьшение размеров всего конденсатора, а не только активного слоя, указывает на его практическую готовность к интеграции в полупроводниковые и логические схемы. Такая архитектура может быть напрямую использована в:
- встроенной энергонезависимой памяти;
- логических блоках принятия решений;
- компактных и энергоэффективных системах Интернета вещей.
По мнению исследователей, работа создаёт основу для дальнейшей миниатюризации других сегнетоэлектрических архитектур, включая FeRAM и FTJ (ferroelectric tunnel junction), где стабильное переключение и сохранение поляризации являются критическими параметрами.
Что дальше
В дальнейшем команда планирует изучить альтернативные материалы электродов с более подходящей кристаллической ориентацией. Это может снизить требования к высокотемпературной обработке и повысить долговечность устройств, ускорив переход сегнетоэлектрической памяти из лаборатории в серийные электронные продукты.
Источник: https://russianelectronics.ru/razrabotany-ultratonkie-segnetoelektricheskie-kondensatory/
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
