Технологии и перспективы развития ферроэлектрических запоминающих устройств
С.Л. Гафнер, А.А. Череповская, Л.В. Редель, Д.А. Рыжкова, Ж.В. Головенько
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.606
Оригинальная статья
Аннотация: Ферроэлектрическая память представляет собой один из наиболее перспективных типов энергонезависимой твердотельной памяти благодаря высокому быстродействию, низкому энергопотреблению и устойчивости к внешним воздействиям. Принцип её действия основан на способности сегнетоэлектрических материалов сохранять направление поляризации после снятия внешнего напряжения. В работе рассмотрены физические принципы функционирования данного вида памяти, особенности архитектур ячеек 1T, 1T-1C, 2T-2C и chain-FRAM. Особое внимание уделено проблеме деструктивного считывания, характерной для большинства ферроэлектрических структур, и современным способам её решения – акустическим, пироэлектрическим, фотоэлектрическим и электрооптическим методам опроса. Кроме того, проведен анализ как ограничений масштабирования, связанных с использованием традиционных сегнетоэлектрических материалов, таких как цирконат-титанат свинца, так и поиска альтернативных материалов, в частности, оксида гафния, обеспечивающего стабильную поляризацию при толщине до 10 нм. Проведён обзор технологических решений, направленных на улучшение масштабируемости и надёжности ферроэлектрической памяти в условиях современных требований к микроэлектронике.
Ключевые слова: энергонезависимая память, ферроэлектрическая память, сегнетоэлектрики, структура ячейки, деструктивное считывание
- Гафнер Светлана Леонидовна – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Череповская Арина Александровна – магистрант направления подготовки «Современные цифровые технологии в образовании», ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Редель Лариса Витальевна – к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Рыжкова Дарья Антоновна – старший преподаватель кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Головенько Жанна Викторовна – , ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Ссылка для цитирования:
Гафнер, С.Л. Технологии и перспективы развития ферроэлектрических запоминающих устройств / С.Л. Гафнер, А.А. Череповская, Л.В. Редель, Д.А. Рыжкова, Ж.В. Головенько // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 606-614. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.606. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Керниган, Б. Основы информационных технологий для неспециалистов: что происходит внутри машин / Б. Керниган; перевод с английского Е.В. Жевлаковой. – М.: Эксмо, 2024. – 622 с.
2. Nonvolatile memory technologies with emphasis on Flash. A comprehensive guide to understanding and using NVM devices / ed by. J.E. Brewer, M. Gill. – New Jersey: A John Wiley & Sons Inc., 2008. – 759 p.
3. Красников, Г.Я. Энергонезависимая твердотельная память в современной микроэлектронике / Г.Я. Красников // Нанотехнологии в электронике. – М.: Техносфера, 2015. – С. 461-476.
4. Романова, И. Новые виды памяти – разработки и перспективы применения / И. Романова // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2010. – № 2. – С. 26-33.
5. Гафнер, Ю.Я. Оценка применимости нанокластеров сплава меди и золота в качестве активного слоя ячеек фазоинверсной памяти / Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова, И.С. Замулин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 443-448. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.443.
6. Гафнер, Ю.Я. Наноструктуры как материал для фазо-инверсной памяти / Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, Л.В. Редель // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 210-218. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.210.
7. Гафнер, Ю.Я. Оценка применимости малых наночастиц серебра в качестве ячеек РСМ памяти / Ю.Я. Гафнер, Д.А. Башкова, С.Л. Гафнер и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 219-225. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.219.
8. Takashima, D. Overview of FeRAMs: Trends and Perspectives / D. Takashima // IEEE 11-th Annual Non-Volatile Memory Technology Symposium, 7-9 November 2011, Shanghai, China. – Shanghai: IEEE Publ., 2011. – P. 36-41. DOI: 10.1109/NVMTS.2011.6137107.
9. Абдуллаев, Д.А. Сегнетоэлектрическая память: современное производство и исследования / Д.А. Абдуллаев, Р.А. Милованов, Р.Л. Волков и др. // Российский технологический журнал. – 2020. – Т. 8. – № 5. – С. 44-67. DOI: 10.32362/2500-316X-2020-8-5-44-67.
10. Шурыгина, В. Энергонезависимая память. Кто победит в гонке? Часть 2 / В. Шурыгина // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2008. – № 6. – С. 36-47.
11. Лукичев, В.Ф. Современная элементная база запоминающих устройств / В.Ф. Лукичев, Ю.Л. Шиколенко // Нано- и микросистемная техника. – 2015. – № 11 (184). – С. 40-49.
12. Zhang, K. Embedded memories for nano-scale VLSIs / Zhang R. – New-York: Springer Science & Business Media Inc., 2009. – 279 p. DOI: 10.1007/978-0-387-88497-4.
13. Зайцев, И. Сравнение новых технологий энергонезависимой памяти / И. Зайцев // Компоненты и технологии. – 2004. – № 4 (39). – С. 66-70.
14. Ali, Z. FeRAM: a paradigm of advanced data storage technology / Z. Ali, S. Paul, S. Mukhopadhyaya et. al. // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. – 2023. – V. 11. – I. 12. – P. 1684-1691. DOI: 10.22214/ijraset.2023.57682.
15. Iuga, A.R. Ultrafast nondestructive pyroelectric reading of FeRAM memories / A.R. Iuga, I. Lindfors-Vrejoiu, G.A. Boni // Infrared Physics & Technology. – 2021. – No. 116. – Art. no. 103766. – 5 p. DOI: 10.1016/j.infrared.2021.103766.
16. Mikolajick, T. FeRAM technology for high density applications / T. Mikolajick, C. Dehm, W. Hartner et. al. // Microelectronics Reliability. – 2001. – V. 47. – I. 7. – P. 947-950. DOI: 10.1016/S0026-2714(01)00049-X.
17. Ishiwara, H. Ferroelectric random access memories / H. Ishiwara // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2012. – V. 12. – № 10. – P. 7619-7627. DOI: 10.1166/jnn.2012.6651.
18. Yao, K., Enabling distributed intelligence with ferroelectric multifunctionalities / K. Yao, S. Chen, S.C. Lai et.al. // Advance Science. – 2022. – V. 9. – I. 1. – Art. no. 2103842. – 30 p. DOI: 10.1002/advs.202103842.
19. Mueller, S. Ten-nanometer ferroelectric Si:HfO2 films for next-generation FRAM capacitors / S. Mueller, S.R. Summerfelt, J. Muller et al. // Electron Device Letters. – 2012. – V. 33. – I. 9. – P. 1300-1302. DOI: 10.1109/LED.2012.2204856.
20. Воротилов, К.А. Сегнетоэлектрические запоминающие устройства / К.А. Воротилов, А.С. Сигов // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54. – Вып. 5. – С. 843-848.