Memori Ferroelektrik Capai 10 Miliar Siklus Tulis—Lonjakan Menuha Penyimpanan Tahan Lama Tingkat Antariksa

• Kapasitor ferroelektrik baru yang dibuat di laboratorium dapat bertahan 10 miliar siklus penulisan ulang.
• Berbeda dengan flash drive yang ada, perangkat memori ferroelektrik dapat menahan paparan sinar kosmik dan bahkan beroperasi di luar angkasa.

Konsep perangkat memori nonvolatil menggunakan lembaran ferroelektrik dengan polarisasi spontan yang dapat diubah secara listrik memiliki potensi besar karena konsumsi daya yang sangat rendah, kecepatan penulisan tinggi, dan daya tahan yang secara teori tidak terbatas.

Saat ini, industri elektronik sedang mengejar teknologi memori nonvolatil baru untuk mencapai umur yang lebih lama dan kecepatan akses yang lebih cepat daripada drive padat dan flash yang ada. Salah satu calon yang menjanjikan adalah memori berbasis hafnium dioksida. Ia menggunakan material dielektrik yang sudah dikenal oleh industri mikroelektronik.

Pada perlakuan suhu tertentu dan pengalengan, beberapa lapisan hafnium dioksida tipis dapat membentuk kristal metastabil yang menunjukkan properti ferroelektrik. Ini berarti kristal ini dapat 'mengingat' arah medan listrik yang diterapkan padanya.

Struktur sel memori baru ini (film oksida zirkonium-hafnium) mirip dengan kapasitor listrik biasa. Tebalnya sekitar 10 nanometer, terletak di antara dua elektroda.

Polarisasi sisa kapasitor ferroelektrik harus dimaksimalkan sehingga dapat digunakan sebagai sel memori. Namun, untuk memastikan hal itu, peneliti harus memahami secara mendalam proses yang terjadi dalam film tipis. Ini melibatkan pengukuran potensi listrik yang tersebar di seluruh nanofilm.

Terobasan menuju jenis memori nonvolatil baru

Meskipun fase ferroelektrik dalam oksida hafnium ditemukan satu dekade yang lalu, ilmuwan belum dapat langsung mengukur distribusi potensinya pada skala nano.

Sekarang, peneliti di Institut Teknologi dan Fisika Moskow (MIPT) telah menemukan teknik unik untuk menentukan distribusi potensi listrik di seluruh kapasitor ferroelektrik.

Referensi: Nanoscale | DOI:10.1039/C9NR05904K | MIPT

Mereka menggunakan spektroskopi emisi fotoelektron sinar X keras untuk memprobeksi kapasitor memori. Teknik ini bergantung pada mode gelombang berdiri dari sinar X monokromatik kuat. Ini mengukur potensi elektrostatis lokal dengan memeriksa pergeseran garis level inti.

Temuan menunjukkan profil potensi listrik di seluruh lapisan oksida zirkonium-hafnium adalah non-linear dan berubah dengan perpindahan polarisasi.

SSD konvensional

Peneliti menggabungkan data dari mikroskopi transmisi elektron pemindaian dengan pemodelan teoretis dan menjelaskan perilaku potensi non-linear yang diamati dalam hal cacat dalam oksida zirkonium-hafnium, di kedua antarmuka, dan status muatnya yang dimodulasi oleh polarisasi ferroelektrik.

Secara ringkasan, studi ini memberikan cahaya baru pada properti elektronik intrinsik dari kapasitor ferroelektrik berbasis oksida hafnium dan mengapa mereka penting untuk rekayasa perangkat memori.

Peneliti mengklaim bahwa kapasitor ferroelektrik yang dibangun di laboratorium mereka dapat bertahan 10 miliar siklus penulisan ulang, hampir 100.000 kali lebih banyak dari apa yang dapat ditahan flash saat ini.

Baca: New Type of Computer Memory Could Replace Existing RAM and Flash Drives

Berbeda dengan perangkat berbidasemikonduktor, perangkat memori ferroelektrik tidak terpengaruh oleh radiasi eksternal. Ini berarti mereka dapat menahan paparan sinar kosmik dan bahkan beroperasi di luar angkasa.