La nouvelle génération de technologie de mémoire – un nouveau matériau prometteur

La mémoire à changement de phase est un type de mémoire non volatile qui utilise la capacité des matériaux à changement de phase (PCM) à passer d’un état amorphe, dans lequel les atomes sont dispersés, à un état cristallin, dans lequel les atomes sont étroitement alignés. Ce changement produit une propriété électrique réversible qui peut être conçue pour stocker et récupérer des données.

Bien que ce domaine en soit à ses balbutiements, la mémoire à changement de phase pourrait potentiellement révolutionner le stockage de données en raison de sa densité de stockage élevée et de ses capacités de lecture et d’écriture plus rapides. Néanmoins, le mécanisme de commutation complexe et les méthodes de fabrication complexes associés à ces matériaux ont posé des défis pour la production de masse.

Une comparaison des valeurs de Tc (température de cristallisation) et de Tm (point de fusion) de divers chalcogénures TM 2D ; Les valeurs Tc et Tm de NbTe4 ont été définies par la température de début de cristallisation et les pics de fusion dans cette étude. Crédit : Yi Shuang et al.

Ces dernières années, les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (2D) Van Der Waals (vdW) sont apparus comme un PCM prometteur pour une utilisation dans la mémoire à changement de phase. Aujourd’hui, un groupe de chercheurs de l’Université de Tohoku a mis en évidence l’utilisation potentielle de la pulvérisation cathodique pour fabriquer des tétra-chalcogénures vdW 2D de grande surface. Grâce à cette technique, ils ont fabriqué et identifié un matériau exceptionnellement prometteur : le tellurure de niobium (NbTe₄)ーqui présente un point de fusion ultra-bas d’environ 447 ºC (température de début), ce qui le distingue des autres TMD.

“La pulvérisation cathodique est une technique largement utilisée qui consiste à déposer des films minces d’un matériau sur un substrat, permettant un contrôle précis de l’épaisseur et de la composition du film”, explique Yi Shuang, professeur adjoint à l’Institut avancé de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku et co-auteur de l’article. . « Notre NbTe déposé₄ les films étaient initialement amorphes, mais pouvaient être cristallisés en une phase cristalline en couches 2D par recuit à des températures supérieures à 272 ºC.

Une image de diffraction électronique sur zone sélectionnée et d’image TEM transversale de films minces de NbTe4 tels que déposés et recuits à 350 ℃. Crédit : Yi Shuang et al.

Contrairement aux PCM amorphes-cristallins conventionnels, tels que Ge₂Sb₂Le₅ (TPS), NbTe₄ démontre à la fois un point de fusion bas et une température de cristallisation élevée. Cette combinaison unique offre des énergies de réinitialisation réduites et une stabilité thermique améliorée au niveau de la phase amorphe.

Après avoir fabriqué le NbTe₄s, les chercheurs ont ensuite évalué ses performances de commutation. Il a présenté une réduction significative de l’énergie de fonctionnement par rapport aux composés de mémoire à changement de phase conventionnels. La température estimée de conservation des données sur 10 ans s’est avérée aussi élevée que 135 ºC – meilleure que les 85 ºC de la GST – suggérant une excellente stabilité thermique et la possibilité de NbTe.₄ étant utilisé dans des environnements à haute température tels que dans l’industrie automobile. De plus, NbTe₄ a démontré une vitesse de commutation rapide d’environ 30 nanosecondes, soulignant encore davantage son potentiel en tant que mémoire à changement de phase de nouvelle génération.

“Nous avons ouvert de nouvelles possibilités pour développer des mémoires à changement de phase hautes performances”, ajoute Shuang. “Avec NbTe₄Grâce à son faible point de fusion, sa température de cristallisation élevée et ses excellentes performances de commutation, il se positionne comme le matériau idéal pour relever certains des défis actuels rencontrés par les PCM actuels.

Référence : « NbTe₄ Matériau à changement de phase : briser l’équilibre de température à changement de phase dans le chalcogénure binaire de métal de transition de Van der Waals 2D” par Yi Shuang, Qian Chen, Mihyeon Kim, Yinli Wang, Yuta Saito, Shogo Hatayama, Paul Fons, Daisuke Ando, ​​​​Momoji Kubo et Yuji Sutou, 20 juin 2023, Matériaux avancés.
DOI : 10.1002/adma.202303646