Исследователи из Института науки Токио (Science Tokyo) под руководством профессора Ютаки Мадзимы представили революционную разработку в сфере энергонезависимой памяти. Им удалось создать сегнетоэлектрический туннельный переход (FTJ) диаметром всего 25 нанометров. Уникальность этого устройства заключается в том, что его эффективность возрастает по мере уменьшения размеров, что идет вразрез с традиционными законами микроэлектроники.
Принципы работы современной памяти предполагают постоянное управление электрическим током, что приводит к нагреву компонентов и быстрому расходу заряда аккумуляторов. Технология FTJ опирается на сегнетоэлектричество — физическое свойство материала изменять внутреннюю поляризацию. Это позволяет фиксировать состояния «0» и «1» путем регулировки проводимости структуры, что требует несоизмеримо меньше энергии. Ранее попытки миниатюризации таких решений наталкивались на проблему паразитных утечек тока через кристаллические границы.
Сегнетоэлектрический туннельный переход представляет собой структуру из двух электродов с промежуточным слоем сегнетоэлектрика. Через него электроны проходят посредством квантового туннелирования. Поляризация этого слоя влияет на вероятность прохождения электронов, определяя сопротивление устройства. Такая архитектура позволяет хранить данные без подачи питания, превосходя классическую флеш-память по скорости, экономичности и возможности применения в нейроморфных вычислениях, где требуются аналоговые свойства, имитирующие работу нейронов.
Японские ученые смогли подавить утечки тока, использовав оксид гафния — материал, сохраняющий стабильную поляризацию даже при минимальной толщине слоев. Для устранения структурных дефектов команда внедрила специальный метод производства, при котором электроды нагреваются до приобретения ими полукруглой формы. Такая геометрия максимально приближает структуру к монокристаллической, что радикально сокращает количество путей для нежелательной утечки заряда.
Эксперименты подтвердили, что масштабирование не только не снижает производительность памяти, но и повышает её эффективность. Поскольку оксид гафния уже является стандартом в современной полупроводниковой индустрии, переход к массовому производству новой памяти может быть реализован в сжатые сроки.
Внедрение данной технологии открывает путь к созданию носимых гаджетов с автономностью в несколько месяцев и крайне энергоэффективных систем для работы нейросетей и ИИ. Как отметил профессор Ютака Мадзима, достигнутый успех стал возможен благодаря пересмотру классических догм о физических пределах масштабирования электроники.
