NatComm: Найден «благородный» способ увеличить вместимость карт памяти

Электронику будущего можно сделать еще меньше и эффективнее, если увеличить количество ячеек памяти, чтобы они занимали меньше места.

Одним из способов добиться этого является добавление инертного, или благородного, газа ксенона при производстве цифровых запоминающих устройств. Это продемонстрировали ученые из Университета Линчепинга в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications. Эта технология позволяет получить более равномерное покрытие материала даже в небольших полостях.

Двадцать пять лет назад карта памяти фотоаппарата вмещала 64 мегабайта информации. Сегодня карта памяти того же физического размера может вмещать 4 терабайта — более чем в 60 000 раз больше информации.

Электронный накопитель, например карта памяти, создается путем чередования сотен тонких слоев электропроводящего и изолирующего материала. Затем в этих слоях протравливается множество очень маленьких отверстий. Наконец, отверстия заполняются проводящим материалом. Для этого используется метод, при котором пары различных веществ используются для создания тонких слоев материала.

В каждой точке, где три различных материала встречаются в отверстиях, создаются ячейки памяти. Вместе ячейки памяти образуют цифровую память. Чем больше точек соприкосновения, тем больше информации может быть сохранено в памяти. Это означает, что большее количество слоев с более тонкими и многочисленными отверстиями приводит к увеличению количества ячеек памяти. Но это также усложняет заполнение отверстий.

Проблема заключается в том, чтобы доставить материал в отверстия и равномерно покрыть поверхность внутри отверстия. Не стоит добавлять материал в отверстие — он забивает отверстие, и вы не можете заполнить остальную часть отверстия. Молекулы, которые переносят атомы материала, должны быть в состоянии добраться до самого дна, — говорит Хенрик Педерсен, профессор неорганической химии из Университета Линчепинга.

Чтобы понять сложность задачи, отверстия, которые необходимо заполнить, можно сравнить с самым высоким зданием в мире, Бурдж-Халифа в Дубае, высота которого составляет 828 метров. Диаметр заполняемых отверстий составляет 100 нанометров, а глубина — 10 000 нанометров, т.е. соотношение 100 к 1. Если бы это относилось к Бурдж-Халифе, то ширина здания у основания составляла бы всего восемь метров.

Исследователи из Университета Линчепинга добавили тяжелый инертный газ, ксенон, в процессе нанесения покрытия, в результате чего толщина материала на дне отверстия сравнялась с толщиной материала на вершине.

Самый распространенный способ сделать это — снизить температуру. Это замедляет химические реакции, но также часто приводит к ухудшению свойств материала. Добавив ксенон, исследователи смогли использовать достаточно высокие температуры, чтобы добиться действительно хорошего качества материала.

Мы пока не знаем, как именно это работает. Мы считаем, что газ ксенон помогает «протолкнуть» молекулы в отверстие. Это был гениальный ход моего аспиранта Аруна Харидаса Чолаккала. Он изучил несколько основных формул движения газов и выдвинул гипотезу, что это должно работать. Вместе мы поставили ряд экспериментов, чтобы проверить ее, и она сработала, — говорит Хенрик Педерсен.

Исследователи запатентовали технологию, а затем продали патент финской компании, которая теперь подала заявки на патенты в нескольких странах.

Это был способ сохранить патент, и у компании есть ресурсы для дальнейшего развития. Я думаю, что у этой технологии есть все шансы стать промышленным стандартом, — говорит Хенрик Педерсен.

Ранее ученые открыли ксеноновый метод хранения водорода.

Фото: профессор Хенрик Педерсен. Источник: Olov Planthaber.

30.01.2025