Tecnologia di memoria di prossima generazione: i nuovi materiali sono promettenti

I ricercatori dell’Università di Tohoku hanno avanzato la memoria a cambiamento di fase utilizzando lo sputtering per creare tellururo di niobio (NbTe4), un materiale con capacità di calore e stoccaggio superiori.

La memoria a cambiamento di fase è un tipo di memoria non volatile che sfrutta la capacità di un materiale a cambiamento di fase (PCM) di passare da uno stato amorfo, in cui gli atomi sono sparsi, e uno stato cristallino, in cui gli atomi sono ravvicinati insieme. Questo cambiamento si traduce in una proprietà elettrica inversa che può essere progettata per l’archiviazione e il recupero dei dati.

Sebbene questo campo sia ancora agli inizi, la memoria a cambiamento di fase ha il potenziale per rivoluzionare l’archiviazione dei dati grazie alla sua maggiore densità di archiviazione e alle capacità di lettura e scrittura più veloci. Tuttavia, il complesso meccanismo di commutazione e i complessi metodi di produzione associati a questi materiali rappresentano ancora sfide per la produzione di massa.

Confronto dei valori Tc (temperatura di cristallizzazione) e Tm (punto di fusione) di diversi calcogenuri TM; I valori Tc e Tm di NbTe4 sono stati determinati dalla temperatura di inizio cristallizzazione e dai picchi di fusione in questo studio. Credito: Yi Shuang et al.

Negli ultimi anni, i calcogenuri di metalli di transizione bidimensionali (2D) di Van Der Waals (vdW) sono emersi come PCM promettenti per l’uso nella memoria a cambiamento di fase. Ora, un gruppo di ricercatori dell’Università di Tohoku ha evidenziato il potenziale utilizzo dello sputtering per la fabbricazione 2D su vasta area di tetracalcogenuri vdW. Usando questa tecnica, hanno sintetizzato e identificato un materiale eccezionalmente promettente, il tellururo di niobio (NbTe).₄) ・ Presenta un punto di fusione estremamente basso di circa 447 °C (temperatura iniziale), che lo distingue dagli altri dispositivi TMD.

“Lo sputtering è una tecnica ampiamente utilizzata che prevede il deposito di film sottili di un materiale su un substrato, consentendo un controllo preciso dello spessore e della composizione del film”, spiega Yi Shuang, assistente professore presso l’Istituto di ricerca sui materiali avanzati dell’Università di Tohoku e coautore dell’articolo. . Abbiamo depositato NbTe₄ I film erano inizialmente amorfi, ma potevano essere cristallizzati in una fase cristallina 2D mediante ricottura a temperature superiori a 272 °C.

Diffrazione elettronica selezionata e immagine TEM in sezione trasversale di film sottili di NbTe4 as-depositati e a 350 ° C. Credito: Yi Shuang et al.

A differenza dei PCM amorfi cristallini convenzionali, come Ge₂Biennale di Sharjah₂T₅ (Imposta sui beni e servizi), NbTe₄ Dimostra sia un basso punto di fusione che un’elevata temperatura di cristallizzazione. Questa combinazione unica fornisce energie di ripristino inferiori e una migliore stabilità termica nella fase amorfa.

Dopo aver fabbricato NbTe₄s, i ricercatori hanno quindi valutato le prestazioni di conversione. Ha mostrato una significativa riduzione della potenza operativa rispetto ai compositi di memoria a cambiamento di fase convenzionali. La temperatura stimata di conservazione dei dati per 10 anni è risultata essere di 135°C – migliore di 85°C secondo GST – indicando un’eccellente stabilità termica e potenziale per NbTe₄ Sono utilizzati in ambienti ad alta temperatura come l’industria automobilistica. Inoltre, NbTe₄ Ha dimostrato una velocità di commutazione elevata di circa 30 ns, evidenziando ulteriormente il suo potenziale come memoria a cambiamento di fase di prossima generazione.

“Abbiamo aperto nuove possibilità per lo sviluppo di memorie a sfasamento ad alte prestazioni”, aggiunge Chuang. Con NbTe₄Il suo basso punto di fusione, l’elevata temperatura di cristallizzazione e le eccellenti prestazioni di conversione lo posizionano come il materiale ideale per affrontare alcune delle sfide attuali affrontate dagli attuali PCM.

Riferimento: “NbTe₄ Sostanza a cambiamento di fase: rottura dell’equilibrio di temperatura del cambiamento di fase in un calcogenuro di metallo di transizione di Van der Waals” di Yi Shuang, Qian Chen, Mihyun Kim, Yinli Wang, Yuta Saito, Shogo Hatayama, Paul Fones, Daisuke Ando, ​​​​Momogi Kubo e Yuuji Soto , 20 giugno 2023 Materiale avanzato.
doi: 10.1002/adma.202303646