Trenutak kada se odlučuje sudbina memorijske tehnologije sljedeće generacije prvi je put uhvaćen uživo — a ključ je u sićušnim greškama na atomskoj razini.
Istraživači predvođeni profesorom Min Hyuk Parkom sa Sveučilišta u Seulu pratili su u stvarnom vremenu cijeli proces nastanka ferolektrične faze u hafnij-cirkonijevom oksidu (HZO), materijalu koji se smatra jednim od najperspektivnijih kandidata za memoriju nove generacije. Ono što su otkrili mijenja način na koji se gleda na takozvane kisikove vakancije — defekte koji nastaju kada atomi kisika nedostaju sa svojih uobičajenih položaja.
HZO ne posjeduje ferolektrična svojstva odmah po izradi. Faza odgovorna za pohranu podataka — ortorombska faza — metastabilno je kristalno stanje koje se može održati samo pod posebnim uvjetima obrade. Sve do sada istraživači su uglavnom uspoređivali strukturu materijala prije i poslije toplinske obrade, propuštajući ono što se događa u samom procesu. Ova je studija, objavljena u časopisu Advanced Functional Materials, po prvi puta kontinuirano pratila kristalizaciju koristeći sinkrotronsko zračenje u Pohang akceleratorskom laboratoriju.
Manje grešaka, niža temperatura
Rezultati su pokazali da veća koncentracija kisikovih vakancija odgađa kristalizaciju i potiskuje stvaranje ferolektrične faze. U filmovima s manje vakancija kristalizacija počinje na 30 Celzijevih stupnjeva nižoj temperaturi, a signal za pohranu podataka — preklopiva polarizacija — čak je 11 puta veći na istoj temperaturi od 400 stupnjeva.
Ta razlika nije samo akademskog značaja. Sposobnost stvaranja ferolektrične faze na nižim temperaturama ključna je za poluvodičku industriju, gdje toplinska oštećenja već izrađenih međuspojeva i komponenti moraju biti svedena na minimum. Niža temperatura obrade otvara vrata 3D-integriranim memorijama i ugrađenim nepostojanim memorijama koje će morati pouzdano čuvati podatke bez napajanja u pametnim telefonima, automobilima i Internetu stvari.
No postavlja se pitanje koje istraživači tek trebaju odgovoriti: ako su kisikove vakancije toliko presudne za kontrolu kristalizacije, kako će se njihova koncentracija kontrolirati u industrijskoj proizvodnji na razini cijele pločice? Laboratorijski uvjeti i masovna proizvodnja često se dramatično razlikuju, a upravo ta razlika u prošlosti je koštala industriju milijarde dolara u razvoju novih materijala.
Ovo istraživanje također baca novo svjetlo na ranije radove koji su kisikove vakancije tretirali isključivo kao nepoželjne defekte koje treba eliminirati. Umjesto toga, one se sada pokazuju kao precizan alat za inženjering materijala — pitanje je samo koliko je taj alat moguće fino podesiti u stvarnim proizvodnim uvjetima.
0 komentara
Još nema komentara. Budite prvi.