Imaginemos una película delgada, de sólo nanómetros de espesor, que pueda almacenar gigabytes de datos, suficiente para películas, videojuegos y vídeos. Éste es el interesante potencial 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 correspondientes 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 electricidad y pueden cambiarse de manera eficiente aplicando un pequeño campo eléctrico. Esta propiedad los hace muy enérgicos y capaces de alcanzar velocidades rápidas de lectura y escritura. Sin embargo, algunos materiales ferroeléctricos conocidos, como el Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) y SrBi2Enfrentar2Oh9su polarización se reduce y se pierde cuando se exponen a un tratamiento térmico con hidrógeno durante la síntesis.
En un estudio publicado en la revista Letras de Física AplicadaUn equipo de investigación dirigido por los profesores asistentes Kazuki Okamoto e Hiroshi Funakubo en el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), en colaboración con Canon Anilva Corporation y el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JASRI), ha demostrado que las películas de nitruro de aluminio y escandio (AlScN) tiene un efecto. Ser estable y conservar sus propiedades ferroeléctricas a temperaturas de hasta 600°C.
“Nuestros resultados confirman la alta estabilidad de la ferroelectricidad de las películas sometidas a tratamiento térmico en un entorno que contiene hidrógeno, independientemente del material del electrodo. Este es un resultado muy prometedor para los dispositivos de memoria ferroeléctrica de próxima generación y el procesamiento ofrece más opciones”. Funakubo dice.
H para materiales ferroeléctricos2– ambiente contenido, lo ideal es que experimenten 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 de fuerza (miC). PAGr se refiere a la polarización retenida después de que se elimina el campo eléctrico, mientras que miC es el campo eléctrico necesario para cambiar el estado de polarización de un material. AlScN es alto. PAGr (>100 µC/cm²) a PZT (30-50 µC/cm²). Sin embargo, los efectos del tratamiento térmico bajo H2El entorno implicado en sus propiedades no estaba hasta ahora claro.
Para investigar esto, los investigadores recopilaron (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). Los electrodos juegan un papel importante en la estabilización de materiales. El Pt promueve la incorporación de gas hidrógeno a la película, mientras que el TiN actúa como barrera para el H.2 Por tanto, es importante evaluar su rendimiento con diferentes materiales de electrodos.
Las películas se sometieron a un tratamiento post-calor en atmósferas de hidrógeno y argón durante 30 minutos a temperaturas que oscilaron entre 400 y 600 °C a 800 Torr. Los investigadores utilizaron difracción de rayos X (DRX) para examinar los cambios en la estructura cristalina en masa y en la interfaz película-electrodo. Para realizar la prueba se utilizaron mediciones positivas-arriba-negativas-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 conservaron una estructura cristalina estable de tipo wurtzita. PAGr Independientemente del electrodo o del entorno de tratamiento, se mantuvo estable por encima de 120 µC/cm², un valor cinco veces mayor que el HfO.2películas basadas en PZT y tres veces más grandes. Además, miC Sólo hubo un ligero aumento de alrededor del 9%. Este aumento se debió a cambios en la constante de la red cristalina de la película que no se debió a la presencia de hidrógeno ni a la elección del electrodo utilizado. En particular, a diferencia de otros materiales ferroeléctricos sensibles a la difusión de hidrógeno, la alta energía de enlace entre Al y N impide que el hidrógeno penetre en la película.
“Los resultados muestran que (Al0,8CAROLINA DEL SUR0,2)N es mucho más resistente a la degradación por tratamiento post-calor que los ferroeléctricos convencionales y el HfO.2películas ferroeléctricas basadas”, dice Funakubo. Con una estructura cristalina relativamente estable, un alto PAGr valor y un pequeño cambio en el mismo miCLas películas de (Al,Sc)N son candidatas prometedoras para dispositivos de memoria ferroeléctrica de próxima generación.
