Imaginemos una película delgada, de sólo nanómetros de espesor, que podría almacenar gigabytes de datos, suficiente para películas, videojuegos y vídeos. Ésta es la interesante perspectiva de los materiales ferroeléctricos para el almacenamiento de memoria. Estos materiales tienen una disposición única de iones, lo que da como resultado dos estados de polarización distintos, análogos a 0 y 1 en código binario, que pueden usarse para el almacenamiento de memoria digital. Estos estados son estables, lo que significa que pueden “recordar” datos sin energía y pueden cambiarse de manera eficiente aplicando un pequeño campo eléctrico. Esta característica los hace extremadamente eficientes energéticamente y capaces de alcanzar velocidades rápidas de lectura y escritura. Sin embargo, algunos materiales ferroeléctricos bien conocidos, como el Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) y SrBi2frente2Y9La exposición al tratamiento térmico con hidrógeno durante la fabricación reduce y pierde su polarización.
En un estudio publicado en la revista Dr. Artículos de física aplicadaUn equipo de investigación dirigido por los profesores asistentes Kazuki Okamoto e Hiroshi Funakubo del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), en colaboración con Canon Anelva Corporation y el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JSRI), ha demostrado que la película de nitruro de aluminio y escandio (AlScN). son estables y conservan sus propiedades ferroeléctricas a temperaturas de hasta 600°C.
“Nuestros resultados demuestran la alta estabilidad de la ferroelectricidad de las películas sometidas a tratamiento térmico en una atmósfera que contiene hidrógeno, independientemente del material del electrodo. Este es un resultado muy prometedor y ofrece más opciones de procesamiento para dispositivos de memoria ferroeléctrica de próxima generación”. dijo Funakubo.
Los materiales ferroeléctricos serán compatibles con los procesos de fabricación a alta temperatura bajo un H2En atmósferas incluidas, idealmente deberían experimentar poca o ninguna degradación en su estructura cristalina y propiedades ferroeléctricas. Dos parámetros importantes a este respecto son la polarización residual (pagr) y el campo coercitivo (miC) pagr se refiere a la polarización retenida después de la eliminación del campo eléctrico, mientras que miC El campo eléctrico necesario para cambiar el estado de polarización del material. AlScN tiene una mayor pagr (>100 µC/cm²) a PZT (30-50 µC/cm²). Sin embargo, el efecto del tratamiento térmico bajo una h2-Hasta ahora no estaba clara su atmósfera característica.
Para investigar esto, los investigadores presentaron (al0,8Carolina del Sur0.2Película de N sobre un sustrato de silicio mediante pulverización catódica a 400 °C. Las películas se colocaron entre dos electrodos de platino (Pt) y nitruro de titanio (TiN). La estabilidad del material del electrodo juega un papel importante. El Pt promueve la incorporación de gas hidrógeno a la película, mientras que el TiN actúa como barrera para el H.2 Difusión Por lo tanto, es muy importante evaluar su desempeño con diferentes materiales de electrodos.
Las películas se trataron posteriormente con calor en una atmósfera de hidrógeno y argón durante 30 minutos de 400 a 600 °C a 800 Torr. Los investigadores utilizaron difracción de rayos X (DRX) para examinar los cambios en la estructura cristalina de las interfaces de masa y película-electrodo. Para la evaluación se utilizó la medida positiva arriba-negativa-abajo (PUND). pagr Y miC. Esta técnica implica aplicar campos eléctricos positivos y negativos a la película y observar la respuesta de polarización resultante.
Las películas mantienen una estructura cristalina estable de tipo wurtzita. pagr fue estable por encima de 120 µC/cm² independientemente del electrodo o la atmósfera de tratamiento, un valor cinco veces mayor que el HfO2Películas basadas en y tres veces más grandes que PZT. Además, miC Sólo un ligero aumento de alrededor del 9%. Este aumento se atribuyó a un cambio en la constante de la red cristalina de la película, no a la presencia de hidrógeno ni a la elección del electrodo utilizado. En particular, a diferencia de otros materiales ferroeléctricos susceptibles a la difusión de hidrógeno, la alta fuerza de unión entre Al y N impide que el hidrógeno penetre en la película.
“Los resultados muestran que (al0,8Carolina del Sur0.2) El N es un ferroeléctrico convencional y es mucho más resistente a la corrosión mediante tratamiento posterior al calor que el HfO.2“películas ferroeléctricas basadas en”, dijo Funakubo. Con una estructura cristalina relativamente estable, alta pagr valor y un pequeño cambio miCLas películas (Al,Sc)N son un candidato prometedor para los dispositivos de memoria ferroeléctrica de próxima generación