Новости за май
Новый прототип магнитной
среды для хранения информации
Создание устройств со сверхвысокой плотностью записи информации –
актуальная проблема современной науки и техники.
Одним из наиболее перспективных материалов для этой
цели являются CoPt сплавы, проявляющие значительную
анизотропию магнитных свойств. Однако для создания
прототипов магнитной среды ось легкого
намагничивания материала, сонаправленную с <001>
кристаллографическим направлением кобальта,
необходимо располагать перпендикулярно поверхности
подложки. В настоящее время это осуществляется
методом эпитаксиального роста магнитного материала
на слое кристаллического MgO, напыленного на
аморфную кремниевую подложку. Еще одно средство для
увеличения плотности записи информации – это
использование сверхплотной упаковки магнитных
частиц. В качестве матрицы в настоящее время широко
используется пористый оксид алюминия. Сочетание двух
вышеописанных способов позволяет создать
упорядоченные массивы наночаcтиц с контролируемыми
магнитными свойствами.
В работе «Nanopatterned CoPt alloys with
perpendicular magnetic anisotropy» немецкими учеными
предложен новый подход к созданию упорядоченной
магнитной среды. В качестве подложки с плотнейшей
упаковкой использовался монослой SiO2 микросфер,
нанесенный на твердую поверхность. Были получены
образцы на основе сфер с диаметром 10, 50, 100 и 160
нм. Далее с помощью высокочастотного напыления (rf
sputtering) на упорядоченною подложку наносили
тонкий слой оксида магния (толщина порядка 10 нм).
На подготовленную таким образом поверхность при 400
˚С и пониженном давлении осаждали 5 нм слой сплава
CoPt. На заключительном этапе образец покрывали
тонким слоем платины (1 нм) для предотвращения
самопроизвольного окисления.
Полученные пленки были исследованы методом
рентгенофазового анализа, который подтвердил
расположение оси легкого намагничивания Co
перпендикулярно поверхности пленки (рис. 1а). Кривые
магнитного гистерезиса (рис. 1b) показывают четкую
анизотропию магнитных свойств образца. Следует
отметить, что коэрцитивная сила образца практически
не зависит от диаметра используемых сфер (рис. 2).
Морфология пленок исследовалась с помощью
сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии
(рис. 3), которые подтверждают формирование
упорядоченной гексагональной структуры микросфер.
Однако на поперечном сколе видно, что магнитная фаза
не разделена на отдельные части, а представляет
собой один сплошной слой. Тем не менее, данные
магнитно-силовой микроскопии (МСМ) показывают
формирование доменной структуры (рис. 4). При этом
границы доменов совпадают с границами между сферами,
то есть над каждой наносферой образуется один
магнитный домен. По мнению авторов, преимущественное
образование доменной стенки именно в этом месте
объясняется наличием большого числа дефектов
магнитного материала на границе между соседними
сферическими частицами SiO2 .
Предложенная в работе магнитная система может стать
перспективной средой хранения данных и основой для
устройств со сверхвысокой плотностью записи
информации.
Микрофотографии образцов, полученные методами сканирующей (a,b) и просвечивающей (c,d) электронной микроскопии.
Новое поколение энергонезависимой
памяти
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 0,3 мм слой
алюминия.
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.