Новый подход химии материалов использует кристалл кремния в качестве наноразмерной «струбцины», позволяющей зафиксировать другой кристалл в несвойственной для него форме – такой подход позволит разработать новый класс электронных приборов, способных «запоминать» свое состояние даже после прекращения подачи энергии.
Расположение атомов в тонкой пленке титаната стронция и монокристалл кремния, с помощью которого такое расположение было достигнуто. Если пленка достаточно тонка, атомы в титанате стронция могут быть ориентированы «по образу и подобию» атомов кремния подложки, в результате чего SrTiO3 приобретает ферроэлектрические свойства. (Рисунок из Science, 2009; 324 (5925): 367)
Около двух лет назад Йозеф Войчик (Joseph Woicik) продемонстрировал на экспериментальном и теоретическом уровне, что при точном послойном нанесении титаната стронция на кремниевую подложку структура SrTiO3 будет искажаться, приводя к образованию ферроэлектрика, способного служить материалом для быстрого и эффективного хранения информации. В новой работе демонстрируется возможность записи, хранения, считывания и удаление информации с пленки титаната стронция.
В отличие от обычных материалов для хранения информации, записывающих данные как шаблон намагниченных регионов с различным ориентированием, ферроэлектрики хранят информацию в виде поляризованных в различных направлениях диполях. Ферроэлектрические структуры, которые могут быть построены непосредственно на поверхности кристаллов из кремния, могут использоваться для получения энергонезависимых модулей памяти или сенсоров давления и температуры, интегрированных с кремниевой микроэлектроникой. Наиболее перспективным представляется создание ферроэлектрических транзисторов, способных сохранять свое логическое состояние без электропитания.
Важный шаг в решение проблемы был сделан Хао Ли (Hao Li) из Motorola, Inc.. Исследователь смог осадить металло-оксидную пленку непосредственно на кремний, не допустив появления промежуточного слоя из оксида кремния, что позволяет сохранять «когерентность» между двумя кристаллическим структурами. Осуществить такое было вдвойне трудно, так как, во-первых, кремний легко окисляется, а во-вторых кристаллические структуры кремния SrTiO3 не находятся в идеальном соответствии. Применив прежде полученные результаты рентгеновской дифракции, Ли разработал постадийный метод осаждения титаната стронция, позволяющий получать слои толщиной в несколько атомов. Как показал рентгеноструктурный анализ, атомы кремния буквально сжимают кубические кристаллы титаната стронция, заставляя их принимать удлиненную форму. Такое искажение приводит к структурной нестабильности пленки, превращая ее в ферроэлектрик.
Источники:
1. Science, 2009; 324 (5925): 367 DOI: 10.1126/science.1169678
2. ChemPort