Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойТехнологииПротоны для питания устройств памяти следующего поколения и нейроморфных вычислительных чипов

Протоны для питания устройств памяти следующего поколения и нейроморфных вычислительных чипов

- Advertisement -

 

Команда стремится увеличить емкость запоминающих устройств и ферроэлектрических нейроморфных вычислительных чипов, которые потребляют меньше энергии и работают быстрее. Предоставлено: © 2023 КАУСТ; Фэй Сюэ.

Исследователи под руководством KAUST открыли опосредованный протонами метод, который вызывает множественные фазовые переходы в сегнетоэлектрических материалах, потенциально способствуя разработке высокопроизводительных устройств памяти с низким энергопотреблением и нейроморфных вычислительных чипов.

По мнению международной группы исследователей под руководством KAUST, подход, опосредованный протонами, который вызывает множественные фазовые переходы в сегнетоэлектрических материалах, может проложить путь к созданию высокопроизводительных устройств памяти, в том числе нейроморфных вычислительных чипов, вдохновленных мозгом.

Сегнетоэлектрические материалы, такие как селенид индия, по своей природе поляризованы и могут менять полярность под воздействием электрического поля. Эта характеристика делает их привлекательным вариантом для развития технологии памяти. Полученные устройства памяти демонстрируют превосходную надежность при чтении/записи и скорость записи при работе при низком напряжении. Тем не менее, они ограничены их ограниченной емкостью.

Ограничение мощности связано с тем фактом, что современные методы могут индуцировать только несколько сегнетоэлектрических фаз, и регистрация этих фаз создает серьезные экспериментальные проблемы, объясняет Синь Хе, один из руководителей исследования. Он провел это исследование под руководством Фэй Сюэ и Сисян Чжан.

Новый метод для сегнетоэлектрических материалов

Новый подход команды основан на протонировании селенида индия для создания множества сегнетоэлектрических фаз. Исследователи включили ферроэлектрический материал в транзистор, состоящий из многослойной гетероструктуры на кремниевой основе, для оценки.

Они нанесли пленку селенида индия на гетероструктуру, которая состояла из изолирующего листа оксида алюминия, расположенного между слоем платины внизу и пористым кремнеземом вверху. Слой платины функционировал как электроды для приложенного напряжения, а пористый кремнезем служил электролитом, поставляющим протоны в сегнетоэлектрическую пленку.

Протонирование и его эффекты

Исследователи постепенно вводили или удаляли протоны из сегнетоэлектрической пленки, изменяя приложенное напряжение. При этом обратимо образуется несколько сегнетоэлектрических фаз с разной степенью протонирования, что имеет решающее значение для реализации многоуровневых запоминающих устройств со значительной емкостью памяти.

Более высокие положительные напряжения увеличивали протонирование, в то время как более высокие отрицательные напряжения значительно снижали уровни протонирования.

Уровни протонирования также варьировались в зависимости от близости слоя пленки к кремнезему. Они достигали максимальных значений в нижнем слое, контактировавшем с кремнеземом, и ступенчато уменьшались, достигая минимальных величин в верхнем слое.

При неожиданном повороте событий сегнетоэлектрические фазы, индуцированные протонами, возвращались в исходное состояние при отключении напряжения. «Мы наблюдали это необычное явление, потому что протоны диффундировали из материала в кварц», — поясняет Сюэ.

Достижения в области устройств памяти с низким энергопотреблением

Создав пленку с гладкой и непрерывной границей раздела с кремнеземом, команда создала устройство с высокой эффективностью инжекции протонов, работающее при напряжении менее 0,4 вольта. Это существенный фактор при разработке устройств памяти с низким энергопотреблением.

Сюэ признает, что снижение рабочего напряжения было серьезной проблемой, но объясняет, что эффективность инжекции протонов через интерфейс контролирует рабочее напряжение и может быть отрегулирована соответствующим образом.

«Нашей самой большой проблемой было снижение рабочего напряжения, но мы поняли, что эффективность инжекции протонов через интерфейс определяет рабочее напряжение и может быть соответствующим образом настроена», — говорит Сюэ.

«Мы стремимся разрабатывать ферроэлектрические нейроморфные вычислительные чипы, которые потребляют меньше энергии и работают быстрее», — говорит Сюэ.

Ссылка: «Опосредованное протонами обратимое переключение метастабильных сегнетоэлектрических фаз с низкими рабочими напряжениями» Синь Хе, Иньчан Ма, Ченхуи Чжан, Айпин Фу, Вэйцзинь Ху, Ян Сюй, Бин Ю, Кай Лю, Хуа Ван, Сисян Чжан и Фей Сюэ , 24 мая 2023 г., Science Advances .
DOI: 10.1126/sciadv.adg4561

- Advertisement -

Популярное по теме