На сегодняшний день большую часть рынка энергонезависимой памяти (Non-volatile memory) занимают флэш-карты. Но в ближайшее время этот тип носителей неизбежно столкнется с рядом функциональных ограничений. В связи с бурным развитием информационных технологий, к надежности и длительности хранения информации, а также к низкому энергопотреблению устройств предъявляются все более жесткие требования. Разработка новых типов носителей для энергонезависимой памяти идет полным ходом. В качестве основных кандидатов рассматриваются полупроводниковые и металлические наноточки (nanodots). Последние гораздо более надежны, по сравнению с полупроводниками, и уже практически готовы потеснить флэш-память (flash-memory) с рынка.
В своей работе японские ученые спроектировали плавающий затвор (Floating-gate) для нового типа запоминающих устройств на основе W наноточек, изолированных в матрице из нитрида кремния (рис. 1). Выбор инертной матрицы позволил предотвратить окисление вольфрама при синтезе, так как данный процесс негативно влияет на время хранения информации. Внедрение металлической фазы осуществлялось путем самосборки наноточек при осаждении. После высокочастотного распыления под вакуумом частицы вольфрама равномерно распределялись в нитриде кремния, который, в свою очередь, помещался между двумя слоями оксида кремния. Последующий отжиг при температуре 900°С в атмосфере азота в течение 30 минут позволили получить хорошо закристаллизованные сферические частицы с диаметром около 5 нм. В качестве контактов выступали кремниевая подложка и напыленный сверху
Образцы были изучены с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (рис 1 b,с). Полученные данные подтверждают равномерное распределение металлических частиц в матрице и кристаллическую структуру наноточек. Кривые зависимости емкости от прикладываемого напряжения (рис 2.) показывают четкий гистерезис, не зависящий от используемой частоты процесса зарядки-разрядки устройства. Ширина гистерезиса (окна памяти) достигает максимума в 4,1 В, что соответствует плотности накопленного заряда порядка 8×1012 cm-2. Таким образом, каждая вольфрамовая наноточка может удерживать от двух до трех электронов. Кроме того, в работе исследованы характеристики записи/стирания нового устройства (рис 3) и продолжительность хранения заряда. По расчетам, после 10 лет использования (рис. 4) потеря заряда составляет менее 15%, а ширина окна памяти уменьшается до значения 3,4 В.
Подводя итог своей работы, японские нанотехнологи пророчат вольфрамовые точки на место следующего поколения энергонезависимой памяти.
Работа «Memory characteristics of self-assembled tungsten nanodots dispersed in silicon nitride» опубликована в журнале Applied Physics Letters.
