Neues Material ist vielversprechend für die Speichertechnologie der nächsten Generation

Beim Phasenwechselspeicher handelt es sich um eine Art nichtflüchtigen Speicher, der sich die Fähigkeit eines Phasenwechselmaterials (PCM) zunutze macht, von einem amorphen Zustand, d. Diese Änderung führt zu einer reversiblen elektrischen Eigenschaft, die zum Speichern und Abrufen von Daten genutzt werden kann.

Obwohl dieser Bereich noch in den Kinderschuhen steckt, könnte der Phasenwechselspeicher aufgrund seiner hohen Speicherdichte und schnelleren Lese- und Schreibfähigkeiten möglicherweise die Datenspeicherung revolutionieren. Dennoch stellen der komplexe Schaltmechanismus und die komplizierten Herstellungsmethoden dieser Materialien die Massenproduktion vor Herausforderungen.

In den letzten Jahren haben sich zweidimensionale (2D) Van-Der-Waals-Übergangsmetalldichalkogenide (vdW) als vielversprechendes PCM für den Einsatz im Phasenwechselspeicher herausgestellt.

Jetzt hat eine Gruppe von Forschern der Universität Tohoku den potenziellen Einsatz von Sputtern zur Herstellung großflächiger 2D-vdW-Tetrachalkogenide hervorgehoben. Mit dieser Technik stellten und identifizierten sie ein außergewöhnlich vielversprechendes Material – Niobtellurid (NbTe4) –, das einen extrem niedrigen Schmelzpunkt von etwa 447 °C (Einsatztemperatur) aufweist und sich damit von anderen TMDs unterscheidet. Einzelheiten zur Entdeckung der Gruppe wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.

„Sputtern ist eine weit verbreitete Technik, bei der dünne Materialfilme auf einem Substrat abgeschieden werden, was eine präzise Kontrolle über Filmdicke und -zusammensetzung ermöglicht“, erklärt Yi Shuang, Assistenzprofessor am Advanced Institute for Materials Research der Universität Tohoku und Mitautor des Artikels . „Unsere abgeschiedenen NbTe4-Filme waren zunächst amorph, konnten aber durch Glühen bei Temperaturen über 272 °C zu einer 2D-schichtigen kristallinen Phase kristallisiert werden.“

Im Gegensatz zu herkömmlichen amorph-kristallinen PCMs wie Ge2Sb2Te5 (GST) weist NbTe4 sowohl einen niedrigen Schmelzpunkt als auch eine hohe Kristallisationstemperatur auf. Diese einzigartige Kombination bietet reduzierte Rückstellenergien und eine verbesserte thermische Stabilität in der amorphen Phase.

Nach der Herstellung des NbTe4 bewerteten die Forscher anschließend dessen Schaltleistung. Es zeigte eine deutliche Reduzierung der Betriebsenergie im Vergleich zu herkömmlichen Phasenwechselspeicherverbindungen.

Die geschätzte 10-jährige Datenaufbewahrungstemperatur lag bei bis zu 135 °C – besser als die 85 °C der GST –, was auf eine ausgezeichnete thermische Stabilität und die Möglichkeit des Einsatzes von NbTe4 in Hochtemperaturumgebungen wie der Automobilindustrie hindeutet . Darüber hinaus zeigte NbTe4 eine schnelle Schaltgeschwindigkeit von etwa 30 Nanosekunden, was sein Potenzial als Phasenwechselspeicher der nächsten Generation weiter unterstreicht.

„Wir haben neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsstarker Phasenwechselspeicher eröffnet“, fügt Shuang hinzu. „Mit dem niedrigen Schmelzpunkt, der hohen Kristallisationstemperatur und den hervorragenden Schaltleistungen von NbTe4 ist es das ideale Material, um einige der aktuellen Herausforderungen zu meistern, mit denen aktuelle PCMs konfrontiert sind.“