Разработаны сегнетоэлектрики для более эффективной микроэлектроники

Новости сегодня - Разработаны сегнетоэлектрики для более эффективной микроэлектроники

Когда мы общаемся с другими по беспроводным сетям, информация отправляется в центры обработки данных, где она собирается, хранится, обрабатывается и распространяется. Поскольку потребление вычислительной энергии продолжает расти, оно потенциально может стать ведущим источником энергопотребления в этом столетии. Память и логика в большинстве современных компьютеров физически разделены, и поэтому взаимодействие между этими двумя компонентами очень энергозатратно при доступе, манипулировании и восстановлении данных.

Группа исследователей из Университета Карнеги-Меллона и Пенсильванского государственного университета изучает материалы, которые могли бы привести к интеграции памяти непосредственно поверх транзистора. Изменив архитектуру микросхемы, процессоры могли быть намного эффективнее и потреблять меньше энергии. Помимо создания близости между этими компонентами, изученные нелетучие материалы могут устранить необходимость в регулярном обновлении систем компьютерной памяти.

В их недавней работе, опубликованной в журнале Science , исследуются материалы, которые являются сегнетоэлектрическими или имеют спонтанную электрическую поляризацию, которую можно обратить вспять приложением внешнего электрического поля. Недавно открытые сегнетоэлектрики вюрцита, которые в основном состоят из материалов, которые уже используются в полупроводниковой технологии для интегральных схем, позволяют интегрировать новые энергоэффективные устройства для таких приложений, как энергонезависимая память, электрооптика и сбор энергии .

Одна из самых больших проблем вюрцитных сегнетоэлектриков заключается в том, что разрыв между электрическими полями, необходимыми для работы, и полем пробоя очень мал.

«Значительные усилия направлены на увеличение этого запаса, что требует глубокого понимания влияния состава, структуры и архитектуры пленки на способность переключения поляризации в практических электрических полях», — сказал постдокторский исследователь Карнеги-Меллона Себастьян Кальдерон, который ведущий автор статьи.

Два учреждения были объединены для сотрудничества в этом исследовании через Центр трехмерной сегнетоэлектрической микроэлектроники (3DFeM), который является программой Исследовательского центра энергетического фронта (EFRC), возглавляемой Университетом штата Пенсильвания.

Отдел материаловедения и инженерии Университета Карнеги-Меллона, возглавляемый профессором Элизабет Дики, был задействован для этого проекта из-за его опыта в изучении роли структуры материалов в функциональных свойствах в очень малых масштабах с помощью электронной микроскопии.

«Группа профессора Дики привносит особый актуальный опыт в измерение структуры этих материалов на очень малых масштабах длины, а также уделяет особое внимание конкретным электронным материалам, представляющим интерес для этого проекта», — сказал Джон-Пол Мария, профессор материаловедения и Инженерное дело в Университете штата Пенсильвания.

Вместе исследовательская группа разработала эксперимент, сочетающий в себе большой опыт обоих учреждений в области синтеза, определения характеристик и теоретического моделирования вюрцитных сегнетоэлектриков.

Наблюдение и количественная оценка переключения поляризации в реальном времени с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) привели к фундаментальному пониманию того, как такие новые сегнетоэлектрические материалы переключаются на атомном уровне. По мере продвижения исследований в этой области цель состоит в том, чтобы масштабировать материалы до размеров, в которых их можно использовать в современной микроэлектронике.

Новости партнеров: