Τεχνολογία μνήμης επόμενης γενιάς – Νέα υλικά υπόσχονται

Η μνήμη αλλαγής φάσης είναι ένας τύπος μη πτητικής μνήμης που χρησιμοποιεί την ικανότητα των υλικών αλλαγής φάσης (PCM) να μεταβαίνουν μεταξύ μιας άμορφης κατάστασης, όπου τα άτομα είναι διασκορπισμένα, και μιας κρυσταλλικής κατάστασης, όπου τα άτομα συσκευάζονται στενά μεταξύ τους. Αυτή η αλλαγή έχει ως αποτέλεσμα μια αναστρέψιμη ηλεκτρική ιδιότητα που μπορεί να σχεδιαστεί για αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων.

Ενώ αυτό το πεδίο είναι ακόμη στα σπάργανα, η μνήμη αλλαγής φάσης έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στην αποθήκευση δεδομένων λόγω της υψηλότερης πυκνότητας αποθήκευσης και των ταχύτερων δυνατοτήτων ανάγνωσης και εγγραφής. Αλλά ο πολύπλοκος μηχανισμός μεταγωγής και οι πολύπλοκες μέθοδοι κατασκευής που σχετίζονται με αυτά τα υλικά εξακολουθούν να αποτελούν προκλήσεις για τη μαζική παραγωγή.

Σύγκριση των τιμών Tc (θερμοκρασία κρυστάλλωσης) και Tm (σημείο τήξης) πολλών TM χαλκογονιδίων. Οι τιμές Tc και Tm του NbTe4 προσδιορίστηκαν από τη θερμοκρασία έναρξης κρυστάλλωσης και τις κορυφές τήξης σε αυτή τη μελέτη. Πίστωση: Yi Shuang et al.

Τα τελευταία χρόνια, τα δισδιάστατα (2D) χαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης Van Der Waals (vdW) έχουν εμφανιστεί ως πολλά υποσχόμενα PCM για χρήση στη μνήμη αλλαγής φάσης. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Τοχόκου έχει επισημάνει την πιθανή χρήση της ψαλίδας για την κατασκευή 2D μεγάλης περιοχής τετραχαλκογονιδίων vdW. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, συνέθεσαν και εντόπισαν ένα εξαιρετικά πολλά υποσχόμενο υλικό, το τελλουρίδιο του νιοβίου (NbTe).₄) ・ Εμφανίζει εξαιρετικά χαμηλό σημείο τήξης περίπου 447 °C (θερμοκρασία εκκίνησης), που το διακρίνει από άλλες συσκευές TMD.

«Ο ψεκασμός είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική που περιλαμβάνει την εναπόθεση λεπτών μεμβρανών ενός υλικού σε ένα υπόστρωμα, επιτρέποντας τον ακριβή έλεγχο του πάχους και της σύνθεσης του φιλμ», εξηγεί ο Yi Shuang, επίκουρος καθηγητής στο Ινστιτούτο Έρευνας Προηγμένων Υλικών του Πανεπιστημίου Tohoku και συν-συγγραφέας της εργασίας. . «Έχουμε καταθέσει NbTe₄ Οι μεμβράνες ήταν αρχικά άμορφες, αλλά μπορούσαν να κρυσταλλωθούν σε μια δισδιάστατη κρυσταλλική φάση με ανόπτηση σε θερμοκρασίες πάνω από 272 °C.

Επιλεγμένες εικόνες περίθλασης ηλεκτρονίων και διατομής TEM λεπτών μεμβρανών NbTe4 που εναποτέθηκαν στους 350 °C. Πίστωση: Yi Shuang et al.

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά άμορφα κρυσταλλικά PCM, όπως το Ge₂Μπιενάλε της Sharjah₂Τ₅ (Φόρος αγαθών και υπηρεσιών), NbTe₄ Επιδεικνύει τόσο χαμηλό σημείο τήξης όσο και υψηλή θερμοκρασία κρυστάλλωσης. Αυτός ο μοναδικός συνδυασμός παρέχει χαμηλότερες ενέργειες επαναφοράς και βελτιωμένη θερμική σταθερότητα στην άμορφη φάση.

Μετά την κατασκευή του NbTe₄s, οι ερευνητές στη συνέχεια αξιολόγησαν την απόδοση μετατροπής. Έδειξε σημαντική μείωση στη λειτουργική ισχύ σε σύγκριση με τις συμβατικές ενώσεις μνήμης αλλαγής φάσης. Η εκτιμώμενη θερμοκρασία διατήρησης δεδομένων για 10 χρόνια βρέθηκε ότι είναι 135°C – καλύτερη από 85°C σύμφωνα με GST – υποδηλώνοντας εξαιρετική θερμική σταθερότητα και δυνατότητα για NbTe₄ Χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας όπως η αυτοκινητοβιομηχανία. Επιπλέον, NbTe₄ Έδειξε γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής περίπου 30 ns, υπογραμμίζοντας περαιτέρω τις δυνατότητές του ως μνήμη αλλαγής φάσης επόμενης γενιάς.

«Έχουμε ανοίξει νέες δυνατότητες για την ανάπτυξη αναμνήσεων αλλαγής φάσης υψηλής απόδοσης», προσθέτει ο Shuang. «Με το NbTe₄Το χαμηλό σημείο τήξεως, η υψηλή θερμοκρασία κρυστάλλωσης και η εξαιρετική απόδοση μετατροπής το τοποθετούν ως το ιδανικό υλικό για την αντιμετώπιση ορισμένων από τις τρέχουσες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα τρέχοντα PCM.

Αναφορά: «NbTe₄ “Phase Change Matter: Breaking the Phase Change Temperature Equilibrium in the Van Der Waals Transition Metal Dichalcogenide” των Yi Shuang, Qian Chen, Mihyun Kim, Yinli Wang, Yuta Saito, Shogo Hatayama, Paul Vons, Daisuke Ando, ​​Momogi Kubo, και Yuji Soto, 20 Ιουνίου 2023, Προηγμένα υλικά.
doi: 10.1002/adma.202303646