Инженеры Университета Мичигана представили результаты исследования, посвящённого ферроэлектрическим нитридным материалам, способным сохранять электрическую поляризацию без внешнего питания. Эти материалы потенциально могут лечь в основу энергонезависимой логики, памяти и сенсорных платформ следующего поколения.
Исследование вызвало интерес благодаря тому, что нитриды рассматриваются как перспективная альтернатива традиционным диэлектрикам, особенно в условиях замедления развития по закону Мура и роста спроса на энергоэффективные архитектуры.
Что такое ферроэлектрики и почему нитриды?
Ферроэлектрики сохраняют электрическое состояние после прекращения внешнего воздействия, что делает их пригодными для энергонезависимых решений. Однако многие традиционные материалы несовместимы с CMOS-технологиями и плохо переносят высокие температуры.
Нитриды, особенно на основе алюминия, галлия и скандия (AlGaScN), сочетают ферроэлектрические свойства с высокой термической устойчивостью и совместимы с существующими производственными техпроцессами. Их можно интегрировать в стандартные подложки и использовать в современных чипах без полной перестройки инфраструктуры.
Суть исследования
Группа под руководством д-ра Рамеша Наяка изучала слоистые структуры на основе скандий-нитрида. Достижения включают:
● Тонкоплёночный ферроэлектрик, сохраняющий состояние до 10 лет;
● Низкое напряжение переключения (<3 В), подходящее для мобильных решений;
● Устойчивость до 10^10 циклов записи/стирания;
● Рабочая температура до 250°C, актуально для промышленности и автосектора.
Возможные применения
● FeRAM и FeFET: энергонезависимая память нового поколения, превосходящая Flash по скорости и износостойкости.
● Логика с сохранением состояния: снижает энергопотребление, особенно в edge-вычислениях.
● Пассивные сенсоры: для медицинских и промышленных систем.
● ИИ-ускорители: использование в аналоговых нейроморфных чипах, где элементы одновременно хранят и обрабатывают данные.
Преимущества нитридов
● Совместимы с существующими CMOS-процессами;
● Устойчивы к высоким температурам и радиации;
● Не содержат токсичных компонентов, безопасны для окружающей среды.
Партнёрства и внедрение
Проект поддерживают Министерство обороны США, NSF и производственные консорциумы. Novatek сотрудничает с:
● GlobalFoundries — испытания на 300-мм пластинах;
● ARM — архитектуры для энергонезависимых устройств;
● Infineon и ON Semiconductor — сенсорные решения.
Создан стартап-инкубатор для коммерциализации технологии с выходом на рынок в 2026–2027 гг.
Перспектива
Ферроэлектрические нитриды могут стать фундаментом микроэлектроники следующего поколения. Совместимость с индустрией, энергонезависимость, высокая износостойкость и масштабируемость делают их перспективными не только для памяти, но и для "умной" электроники, реагирующей на окружающую среду и работающей автономно.
Исследование Университета Мичигана показывает потенциал нитридов как нового класса материалов для энергоэффективной электроники. Их уникальные свойства и промышленная применимость делают их важным шагом к созданию интеллектуальных систем нового поколения.