ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств

Как работает электроника нового поколения и почему она со временем ломается или теряет свои свойства, выяснили Учёные из Университета Миннесоты. Это поможет сделать системы хранения данных более эффективными.

Развитие вычислительной техники увеличивает спрос на эффективные решения для хранения данных.

Спинтронные магнитные туннельные переходы (MTJ) — это наноструктурированные устройства, которые используют спин электронов для улучшения жёстких дисков, датчиков и других микроэлектронных систем. Они создают альтернативы для следующего поколения устройств памяти.

MTJ стали строительными блоками для энергонезависимой памяти в таких продуктах, как умные часы и вычисления в памяти. Также они могут повысить энергоэффективность искусственного интеллекта.

Исследователи рассмотрели нанопилястры в этих системах с помощью электронного микроскопа. Затем они пропустили через устройство ток, чтобы посмотреть, как оно работает. Увеличивая силу тока, они наблюдали за деградацией устройства в режиме реального времени.

Исследователь Хванхуэй Юн из Университета Миннесоты рассказал, что эксперименты с просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ) в режиме реального времени сложны даже для опытных учёных.

Но после множества неудач и оптимизаций они смогли получить стабильно работающие образцы. Оказалось, что при непрерывном токе слои устройства защемляются и приводят к сбоям в работе. Когда в устройстве образуется «отверстие» (пинхол), оно начинает деградировать. При увеличении тока устройство расплавилось и полностью выгорело.

Андре Мхоян, старший автор статьи и профессор Университета Миннесоты, рассказал об открытии:

Мы наблюдали выгорание при гораздо более низкой температуре, чем считали возможным предыдущие исследования. Она была почти в два раза ниже, чем ожидалось.

Детальное изучение устройства на атомном уровне показало, что материалы маленького размера обладают другими свойствами, включая температуру плавления. Это значит, что устройство выйдет из строя раньше, чем предполагалось.

Цзянь-Пин Ванг, старший автор статьи и заслуженный профессор Макнайт, заведующий кафедрой Роберта Ф. Хартмана на факультете электротехники и вычислительной техники Университета Миннесоты, отметил, что в настоящее время важно понимать взаимодействие между слоями в рабочих условиях, например, при подаче тока и напряжения.

В будущем это открытие может помочь улучшить компьютерные блоки памяти, сделать их более долговечными и эффективными.

Результаты опубликованы в журнале ACS Nano.

13.09.2024