Technologia pamięci nowej generacji — nowe materiały są obiecujące

Badacze z Uniwersytetu Tohoku opracowali zaawansowaną pamięć zmiany fazowej, wykorzystując technologię rozpylania katodowego, do wytworzenia tellurku niobu (NbTe4), materiału o doskonałych właściwościach cieplnych i magazynowania.

Pamięć zmiany fazy to rodzaj pamięci nieulotnej, która wykorzystuje zdolność materiału zmiennofazowego (PCM) do przejścia między stanem amorficznym, w którym atomy są rzadkie, a stanem krystalicznym, w którym atomy są blisko siebie rozmieszczone razem. Zmiana ta skutkuje odwrotną właściwością elektryczną, którą można zaprojektować do przechowywania i wyszukiwania danych.

Choć dziedzina ta jest wciąż w powijakach, pamięć ze zmianą fazową może zrewolucjonizować przechowywanie danych ze względu na większą gęstość przechowywania oraz szybsze możliwości odczytu i zapisu. Jednak złożony mechanizm przełączający i złożone metody produkcji związane z tymi materiałami nadal stanowią wyzwanie dla masowej produkcji.

Porównanie wartości Tc (temperatura krystalizacji) i Tm (temperatura topnienia) kilku chalkogenków TM; W tym badaniu wartości Tc i Tm NbTe4 określono na podstawie temperatury początku krystalizacji i pików topnienia. Źródło: Yi Shuang i in.

W ostatnich latach dwuwymiarowe (2D) chalkogenki metali przejściowych Van Der Waalsa (vdW) okazały się obiecującym PCM do zastosowania w pamięci zmiany fazowej. Teraz grupa naukowców z Uniwersytetu Tohoku zwróciła uwagę na potencjalne zastosowanie rozpylania katodowego w wielkopowierzchniowym wytwarzaniu tetrachalkogenidów vdW w trybie 2D. Korzystając z tej techniki, zsyntetyzowali i zidentyfikowali wyjątkowo obiecujący materiał, tellurek niobu (NbTe).₄) ・ Wykazuje wyjątkowo niską temperaturę topnienia wynoszącą około 447°C (temperatura początkowa), co odróżnia go od innych urządzeń TMD.

„Rozpylanie to szeroko stosowana technika polegająca na osadzaniu cienkich warstw materiału na podłożu, umożliwiająca precyzyjną kontrolę grubości i składu powłoki” – wyjaśnia Yi Shuang, adiunkt w Instytucie Badań nad Zaawansowanymi Materiałami Uniwersytetu Tohoku i współautor artykułu. . Mamy zdeponowane NbTe₄ Folie były początkowo amorficzne, ale można je było krystalizować do fazy krystalicznej 2D poprzez wyżarzanie w temperaturach powyżej 272°C.

Wybrany obraz dyfrakcji elektronów i przekrojowy obraz TEM cienkich warstw NbTe4 po osadzeniu i temperaturze 350 ° C. Źródło: Yi Shuang i in.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych krystalicznych amorficznych PCM, takich jak Ge₂Biennale w Szardży₂T₅ (Podatek od towarów i usług), NbTe₄ Wykazuje zarówno niską temperaturę topnienia, jak i wysoką temperaturę krystalizacji. To unikalne połączenie zapewnia niższą energię resetowania i lepszą stabilność termiczną w fazie amorficznej.

Po wytworzeniu NbTe₄s, badacze następnie ocenili wydajność konwersji. Wykazano znaczną redukcję mocy operacyjnej w porównaniu z konwencjonalnymi kompozytami z pamięcią zmiany fazy. Stwierdzono, że szacunkowa temperatura przechowywania danych przez 10 lat wynosi 135°C – czyli według GST jest lepsza niż 85°C – co wskazuje na doskonałą stabilność termiczną i potencjał NbTe₄ Są stosowane w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak przemysł motoryzacyjny. Dodatkowo NbTe₄ Wykazano dużą prędkość przełączania wynoszącą około 30 ns, co dodatkowo podkreśliło jego potencjał jako pamięci zmiany fazy nowej generacji.

„Otwarliśmy nowe możliwości opracowywania wysokowydajnych pamięci z przesunięciem fazowym” – dodaje Chuang. Z NbTe₄Jego niska temperatura topnienia, wysoka temperatura krystalizacji i doskonała wydajność konwersji sprawiają, że jest to idealny materiał do sprostania niektórym obecnym wyzwaniom stojącym przed obecnymi PCM.

Odniesienie: „NbTe₄ Substancja zmiany fazy: Przełamanie równowagi temperatury zmiany fazy w chalkogenku metalu przejściowego Van der Waalsa” autorstwa Yi Chuanga, Qian Chen, Mihyun Kim, Yinli Wang, Yuta Saito, Shogo Hatayama, Paul Fones, Daisuke Ando, ​​​​Momogi Kubo i Yuuji Soto, 20 czerwca 2023 r Zaawansowane materiały.
doi: 10.1002/adma.202303646