Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Szybkie przełączanie stanów w ferroelektrykach przyszłością tranzystorów.

ghost666 28 Paź 2014 12:36 2127 1
  • Szybkie przełączanie stanów w ferroelektrykach przyszłością tranzystorów.Materiały ferroelektryczne używane są często w kartach magnetycznych, jako zapalarki do gazu czy pamięci w grach wideo mogą stać się materiałem który, potencjalnie, pozwoli stworzyć nową generację komputerów, dzięki badaniom prowadzonym przez Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley i Uniwersytet Pennsylvani.

    Zajmujący się tymi materiałami naukowcy znaleźli sposób na poprawę ich własności, do tego stopnia iż możliwe jest wykorzystanie ich jaki materiał do konstrukcji układów elektronicznych o niskim poborze prądu. Ich badania zostały opublikowane niedawno w prestiżowym Nature Materials.

    Materiały ferroelektryczne charakteryzują się pewną spontaniczną polaryzacją, będącą wynikiem niewielkich przesunięć ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz materiału. Kluczową cechą tych materiałów jest to iż polaryzacja ta może zostać zmieniona, wykorzystując przyłożone pole elektryczne. Pozwala to na stworzenie bitów danych, przyjmujących wartości logiczne - '1' i '0'. Z drugiej strony materiały te są w stanie generować ładunek elektryczny, jako odpowiedź na przyłożoną siłę, taką jak nacisk, ściskanie czy rozciąganie, dzięki czemu znalazły właśnie zastosowanie jako zapalarki do gazu.

    "To co odkryliśmy w materiałach ferroelektrycznych jest fundamentalnie nowe i niespodziewane, jeśli chodzi o reakcję tych materiałów na pole elektryczne" mówi profesor Lane Martin, badacz z UC Berkeley, zajmujących się nauką o materiałach i inżynierią. "Nasze badania otwierają możliwości szybkiego przełączania stanów w tych materiałach i nowego sposobu kontroli nad dotychczas nieznanymi wielostanowymi układami".

    Profesor Martin i jego współpracownicy z UC Berkeley, wraz z zespołem profesora Andrew Rappe z Uniwersytetu Pennsylvanii, zajmującego się chemią materiałów, zajmują się tym projektem. W badania zaangażowani są studenci, Ruijuan Xu zajmuje się badaniem układu eksperymentalnie z kolei Shi Liu modeluje teoretycznie zachowanie badanego materiału.

    Zalety materiałów ferroelektrycznych

    Naukowcy zwrócili się ku materiałom ferroelektrycznym, jako metody przechowywania danych, ponieważ ta klasa materiałów charakteryzuje się kilkoma cechami, dzięki którym są lepsze od tradycyjnie stosowanych tutaj półprzewodników. Jedną z nich jest na fakt iż jest to pamięć nieulotna, a każdy kto miał do czynienia z nagłymi zanikami zasilania w sieci wie, co dzieje się z niezapisanymi danymi w pamięci komputera. Dzisiejsze, oparte o tranzystory półprzewodnikowe, układy pamięci potrzebują zasilania aby podtrzymać zapisane w nich stany '0' i '1'.

    Ponieważ pamięci ferroelektryczne są nieulotne, mogą one zachowywać swoją polaryzację bez potrzeby zasilania. Ta cecha ferroelektryków, to jest zachowywanie informacji bez ciągłego zasilania, sprawiła iż chętnie wykorzystywane są one na przykład w biletach miesięcznych w formie karty, a także w innych podobnych aplikacjach. Jeśli udałoby się je wykorzystać w komputerach kolejnej generacji, umożliwiły by one zachowywanie informacji w przypadku zaników zasilania.

    "Jeśli będziemy w stanie zintegrować te materiały z komputerami następnej generacji, dane nie będą tracone w przypadku zaniku zasilania" mówi profesor Martin. "Dla poszczególnych ludzi utrata danych jest dosyć problematyczna, jednakże w przypadku dużych firm korzystających z mnóstwa komputerów, takich jak eBay, Google czy Amazon, utrata danych jest także poważną utratą pieniędzy" tłumaczy badacz.

    Co zatem powstrzymywało układy ferroelektryczne od wkroczenia do szerokiego użytku w elektronice? Odpowiedzią na to pytanie jest szybkość, zgodnie z tym co mówią autorzy artykułu w Nature.

    Przycinanie rogów metodą na przyspieszenie działania ferroelektryków

    Bity danych w pamięci ferroelektrycznej, zależą od pozycji atomów metalu w środku 'klatek' złożonych z atomów tlenu, tworzących strukturę krystaliczną materiału. Atomy 'wskazujące' w górę reprezentować mogą stan logiczny '1', a przyłożenie pola elektrycznego umożliwia zmianę pozycji tego atomu i zmianę stanu logicznego bitu.

    "Zazwyczaj w materiałach ferroelektrycznych przerzuca się pozycje atomów w górę i w dół, jednakże proces ten jest zbyt wolny, jeśli chcemy zastosować ten materiał w komputerach" mówi profesor Rappe. "Przewidzieliśmy, a nasi współpracownicy potwierdzili to eksperymentalnie iż zmiana atomów z stanu 'w dół' do stanu 'w lewo' jest znacznie szybszy. To podejście pozwala znacznie przyspieszyć działanie systemu".

    Badacze wykorzystali cienką warstwę PLZT (ferroelektryczny materiał ceramiczny będący mieszanką całkowitą cyrkonianu ołowiu i tytanianu ołowiu), często wykorzystywanego materiału ferroelektrycznego, do zaobserwowania, iż przyłożenie pola elektrycznego tak aby nie było one równoległe do osi góra-dół materiału, pozwala na zmianę ścieżki reorientowania polaryzacji. Otwiera to możliwości szybszej zmiany polaryzacji w tych materiałach. Zmiana geometrii warstwy ferroelektrycznej i jej rozciąganie pozwala na zwiększenie tego efektu, co pozwala na, co najmniej, podwojenie prędkości działania systemu.

    "Eksperymenty te wykazały iż istnieje łatwa metoda zwiększenia prędkości działania materiałów ferroelektrycznych" mówi profesor Martin. "Zbadaliśmy jedynie jeden materiał i jedną z setek opcji modyfikacji, zatem istnieje spore prawdopodobieństwo iż możemy uzyskać jeszcze większe przyspieszenia działania systemu, zmieniając i inne parametry układu, włączając w to grubość warstwy ferroelektryka", podsumowuje naukowiec.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2014-10-faster-ferroelectrics-viable-transistors.html

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9647 postów o ocenie 7740, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    iagre
    Poziom 35  
    ghost666 napisał:
    będącą wynikiem niewielkich przesunięć ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz materiału. Kluczową cechą tych materiałów jest to iż polaryzacja ta może zostać zmieniona, wykorzystując przyłożone pole elektryczne. Pozwala to na stworzenie bitów danych, przyjmujących wartości logiczne - '1' i '0'.

    To mi się kojarzy z „pamięcią pęcherzykową” więc nie jest takie nowatorskie.
    ghost666 napisał:
    Jeśli udałoby się je wykorzystać w komputerach kolejnej generacji, umożliwiły by one zachowywanie informacji w przypadku zaników zasilania.

    Takie same oczekiwania były przed powstaniem NVRAM ale jak widać NVRAM nie nadaje się do całkowitego zastąpienia standardowego RAMu.