Ученые нашли способ сделать мозгоподобные чипы мощнее и экономнее: как это удалось

Международная группа специалистов под руководством KAUST обнаружила, что протоны, вызывающие множественные фазовые переходы в сегнетоэлектрических материалах, могут помочь в разработке высокопроизводительных устройств памяти, например, нейроморфных чипов, работающих по принципу человеческого мозга, сообщает Interesting Engineering.

В своей опубликованной научной статье ученые пишут, что: "Ферроэлектрики, такие, как селенид индия, являются внутренне поляризованными материалами, которые меняют полярность при помещении в электрическое поле, что делает их привлекательными для создания технологий памяти".

Ученые говорят, что подобные устройства памяти не только требуют низких рабочих напряжений, но и демонстрируют отличные показатели максимальной долговечности и скорости чтения/записи, однако их емкость невелика. Это объясняется тем, что существующие методы позволяют вызвать лишь несколько ферроэлектрических фаз, а уловить эти фазы экспериментально очень сложно.

Новый подход, разработанный группой исследователей, основан на протонировании селенида индия с образованием множества ферроэлектрических фаз. Он заключался в том, что ферроэлектрический материал осаждался в транзисторе, изготовленном на основе кремниевой гетероструктуры со стеком.

"Многослойная пленка селенида индия была нанесена на гетероструктуру, состоящую из изолирующего листа оксида алюминия, зажатого между слоем платины снизу и пористым кварцем сверху. В то время как платиновый слой служил электродами для приложенного напряжения, пористый кварц выступал в качестве электролита и обеспечивал поступление протонов в ферроэлектрическую пленку", — отмечается в сообщении.

Чередуя приложенное напряжение, исследователи постепенно вводили и выводили протоны из ферроэлектрической пленки. В результате было получено несколько ферроэлектрических фаз с различной степенью протонирования, что очень важно для реализации многоуровневых устройств памяти с большой емкостью.

"Более высокие положительные приложенные напряжения усиливали протонирование, в то время как отрицательные напряжения большей амплитуды в большей степени истощали протонирование", — говорится в описании исследования.

"Уровни протонирования также изменялись в зависимости от близости слоя пленки к кремнию. Они достигали максимальных значений в нижнем слое, который находился в контакте с кремнием, и поэтапно снижались, достигая минимальных значений в верхнем слое".

Однако исследователи с удивлением обнаружили, что при выключении приложенного напряжения протоноиндуцированные ферроэлектрические фазы возвращаются в исходное состояние. Затем группа создала пленку с гладким и непрерывным интерфейсом с кремнием, в результате чего получилось устройство, работающее при напряжении ниже 0,4 В, что идеально подходит для разработки маломощных устройств памяти.

"Мы намерены разработать ферроэлектрические нейроморфные вычислительные чипы, которые будут потреблять меньше энергии и работать быстрее", — заявил Синь Хэ, один из руководителей исследования. Исследователи продолжат работу над созданием сверхэффективных устройств памяти с низким потреблением энергии.

Ранее Фокус рассказывал, что производители чипов терпят убытки: всему виной люди, которые экономят на гаджетах. ИТ-индустрия Тайваня переживает самый большой спад за всю свою историю: совокупные продажи 19 крупных производителей в июне упали примерно на 20%.