Будущие технологии памяти: FeRAM изнутри / Процессоры и память

Вступление

Оперативная память - один из базовых компонентов компьютера, жизненно необходимый ему с самого начала компьютерной эры. Память, как неотъемлемый атрибут архитектуры компьютерных вычислительных систем был провозглашен еще в то время, когда сам компьютер был лишь на бумаге. Реализация оперативной памяти, перенос ее из теоретических набросков в практическое решение - поистине была сложнейшей задачей, с которой столкнулись инженеры тех лет. Вначале, когда компьютеры были большими, а программы маленькими, оперативная память представляла собой ферромагнитные кольца, нанизанные на перекрещивающиеся прутья. Эта память при всей своей смехотворной емкости в несколько сотен байт (при размере в шкаф) обладала ценным свойством - она была энергонезависимой и сохраняла данные и после выключения компьютера. Прогресс шел. В погоне за объемами и быстродействием для производства оперативной памяти стали использовать лампы, а в дальнейшем и транзисторы с конденсаторами. На транзисторах развитие памяти остановилось надолго, двигаясь лишь по пути уменьшения транзисторных ячеек. На данный момент основным типом памяти является память типа DRAM, ячейка которой состоит из транзистора с конденсатором (1Т/1С).

Память приобрела высокую скорость, стала компактной и относительно дешевой, но утратила энергонезависимость. До не давнего времени это казалось не столь большой потерей - ведь компьютер при работе всегда включен в сеть, есть масса накопителей на магнитных и оптических носителях - не страшно, если после выключения данные пропадут из ОЗУ, при следующей загрузке их считают с носителей в память, которая требует постоянной перезарядки. Так было до появления устройств требующих энергонезависимой долговременной памяти, которая к тому же могла бы выполнять функции ОЗУ. Хотя не так, правильнее было бы сказать - до взрывообразного появления огромного количества разнообразных устройств... Посмотрите на 90-е годы прошлого века. Тысячи и тысячи этих устройств вошли в наш быт: цифровые фотоаппараты и видеокамеры, наладонные компьютеры, цифровые диктофоны и аудиоплееры, сотовые телефоны и смартофоны - всем им требуется память, способная работать тогда, когда они выключены (а это большая часть времени), способная хранить данные при отключенном питании как можно дольше и при этом настолько быстрая, чтобы исполнять обязанности ОЗУ, для снижения стоимости этих и без того дорогих товаров. Помимо этой Hi-Tech области подобная память пригодилась бы и для обычных персональных компьютеров, где в последнее время все больше требуются носители информации повышенной надежности без движущихся частей. Представьте себе PC без традиционного (и в последнее время совершенно бесполезного) 3,5 дюймового дисковода, с мгновенно загружающимся ядром операционной системы находящимся на подобном носителе (со вспомогательным жестким диском для больших объемов данных).

Спрос на энергонезависимую память растет. Все больше компаний инвестируют значительную долю средств в разработку памяти именно с этими свойствами, спеша ворваться на незанятый рынок. В результате развитие технологий энергонезависимой памяти пошло несколькими путями. Одной из первых была Flash память, которая благодаря раннему старту получила широкое распространение. Не секрет, что корпорация AMD значительную долю средств зарабатывает не столько благодаря процессорам семейства Athlon, сколько, благодаря большим объемам продаж именно чипов Flash памяти (NOR-Flash). Но у Flash памяти помимо достоинств есть и недостатки - медленная работа с данными и высокая стоимость, что заставило продолжать разработки в этой области. Одной из таких разработок стала магниторезистивная память MRAM, разработка которой была финансирована компанией Infineon Technologies AG. MRAM получилась удачнее Flash по всем параметрам, кроме цены, что заставило продолжать поиски. И вот тут, по-видимому, вспомнив изречения мудрых о том, что все новое - хорошо забытое старое и что история (а с ней и прогресс) развивается по спирали, чья-то светлая голова вспомнила про самую древнюю энергонезависимую память на ферромагнитных сердечниках. Вспомнила и подумала, а что если эту структуру совместить с уже имеющейся динамической памятью и уменьшить ячейки до микронных размеров. В результате появилась память называемая FeRAM - Ferroelectric Random Access non-volatile Memory (сегнетоэлектрическая энергонезависимая память с произвольным доступом к ячейкам), к рассмотрению которой мы и приступим.

Обращаю ваше внимание на тот факт, что в данной статье речь идет о наукоемких технологиях, использующих сложные физические явления, поэтому без определенных специфических научных терминов не обойтись, данные термины вы сможете найти в глоссарии, приведенном в конце статьи.

Химия FeRAM

Впервые работающий образец FeRAM был получен еще в 1992 году в лабораториях компании Symetrix. С тех пор эта область вызывала пристальное внимание со стороны научных кругов, а с 1996 года и кругов коммерческих. Достаточно сказать, что с 1992 по 2002 год по этой теме было выдано свыше 360 патентов, причем около 120 патентов было выдано только за последний год. Это свидетельствует о все возрастающем интересе к этой нише сегнетоэлектриков и, главное, к его практическому использованию.

Основным материалом для составляющих элементов, используемых в FeRAM, а это сегнетоэлектрические транзисторы (ferroelectric transistor) и конденсаторы (ferroelectric capacitor) обладающие к тому же переменными ферромагнитными свойствами, являются смешанные полиметаллические оксиды, спекаемые в сегнетоактивные керамики. Наиболее распространенным является семейство PZT (Perovskite lead zirconate titanate) с общей формулой Pb(Zr_xTi_1-x)O₃. Исследования свойств данных соединений на предмет их сегнетоэлектрической активности производились компанией Ramtron, которая запатентовала несколько разновидностей FeRAM базирующихся на этой группе соединений. Впоследствии лицензию на эти разработки купила компания Toshiba - один из крупнейших мировых производителей FeRAM на данный момент.

К основе PZT могут добавляться "легирующие" добавки из разных металлов и их оксидов, например: IrO₂, Pt, Au, Ag и так далее. Небольшие примеси этих добавок могут существенно влиять на свойства PZT как в положительную, так и в отрицательную область, исследования трудоемки - нужно сделать сотни опытов, чтобы вывести общие закономерности. В настоящее время ведутся активные поиски по подбору материалов обладающих наилучшими свойствами для создания конденсаторов и транзисторов на базе ферромагнитных сегнетоэлектриков.

Процесс записи/чтения для PZT можно изобразить следующим образом:

При действии положительного электрического заряда происходит положительная поляризация сегнетоэлектрика, результатом которой является переход в состояние соответствующее значению "0". При действии отрицательного электрического заряда происходит обратный переход, соответствующий значению "1". При этих переходах материал сегнетоэлектрика меняет свои физические свойства, меняет свои свойства и элемент, который состоит из этого соединения. Возникает петля гистерезиса, в результате состояния "0" и "1" по энергетическому значению далеко разнесены, что позволяет произвести их однозначную идентификацию. Вот как выглядит петля гистерезиса для ферромагнитного сегнетоэлектрического конденсатора (схематический вид):

где Q_r - остаточный заряд, Q_s - заряд насыщения, V_c - коэрцивное напряжение, С_FE - обозначение ферроактивного сегнетоэлектрического конденсатора на принципиальной схеме.

Помимо PZT ярко выраженным ферроактивным сегнетоэлектриком является SBT, с формулой SrBi₂Ta₂O₉. Основные работы с этим материалом велись компанией Symetrix, которая впоследствии продала лицензии компаниям Matsushita, NEC, Siemens, Motorola, Hynix и Micron. Компания Infineon Technologies AG независимым путем пришла к SBT и так же является держателем патентов на память FeRAM на базе этого сегнетоэлектрика.

Как видите процесс перехода в состояния "1" и "0" полностью аналогичны PZT. Разумеется, оба материала отличаются как по своим физико-химическим свойствам, так и по параметрам Qr, Qs и Vc, которые интересуют исследователей в первую очередь, но главное, что сама логика перехода "1" - "0" у обоих материалов одинакова, что позволяет при конструировании ячеек памяти применять одинаковый подход.

По сравнению с PZT, SBT лучше по таким параметрам как усталость материала (fatigue), и "отпечаток" заряда (imprint), то есть склонность сегнетоэлектрика к окончательному переходу в только одно состояние при длительном пребывании в нем.

Зато технологии производства PZT известны давно, хорошо отработаны и на данный момент являются наиболее дешевыми с самым минимальным размером ячейки. После решения Infineon Technologies AG и Toshiba о совместной разработке и продвижении FeRAM, инженеры компаний обрели свободу от лицензионных барьеров и имеют доступ к обеим группам этих перспективных материалов.

Физика и структура FeRAM

На данный момент имеется огромное количество всевозможнейших комбинаций основных элементов, из которых строится ячейка памяти - ферромагнитного сегнетоэлектрического транзистора и такого же конденсатора. Но при рассмотрении этих комбинаций можно выявить 4 основных типа, которые являются базовыми, все остальные типы ячеек FeRAM являются лишь их комбинациями. Это однотранзисторная ячейка 1Т FeRAM, одноконденсаторная ячейка 1С FeRAM, называемая еще SFRAM (statically read, non-volatile, ferroelectric random access memory - полный аналог SRAM), наиболее распространенная транзисторно-конденсаторная ячейка 1Т-1С FeRAM и наиболее стабильная из всех вышеперечисленных двойная ячейка 2T-2C FeRAM. А теперь подробнее.

1Т FeRAM

Эта структура ячейки использовалась в одной из первых работающих моделей FeRAM, но показатели ее были не на высоте - ячейка слишком быстро теряла заряд и переходила в непредсказуемое состояние, то есть не являлась энергонезависимой, поэтому работы в области 1T были свернуты. Но сама идея оказалась живуча - ведь имея в качестве ячейки всего один транзистор можно добиться минимального ее размера и, соответственно, гигантской информационной емкости приходящейся на единицу поверхности чипа. Именно поэтому в 2002 году работы над созданием 1Т FeRAM были продолжены двумя крупнейшими японскими институтами - NERI (Nanoelectronics Research Institute) и AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology). Используя ферромагнитные сегнетоэлектрики новейшего поколения - композиционный оксид SBT (SrBi₂Ta₂O₉) с добавлением гафния Hf и несколько модифицировав структуру полевого сегнетоэлектрического транзистора (ferroelectric gate field-effect transistor) им удалось получить 1Т структуру со значительно более долгим временем хранения заряда, на порядок больше предыдущих разработок.

Сама схема 1Т FeRAM выглядит следующим образом:

Слева приведена схема традиционной 1T-1C ячейки, справа только 1Т. Даже из принципиальной схемы явствует, что ячейка 1Т меньше и проще в исполнении по сравнению с 1T-1C, что должно положительно сказаться на себестоимости и на информационной емкости памяти на ее основе.

Сам транзистор выглядит так:

Запись в ячейку 1T FeRAM осуществляется при подаче положительного или отрицательного заряда на электроды схемы. Когда на электрод стока (drain electrode) подается напряжение +6V в канале проводника возникает пульсирующий адекватный ток соответствующий значению "1". И наоборот - после подачи отрицательного напряжения - пульсирующий ток крайне незначителен - ячейка переходит в положение "0".

На графике это выглядит следующим образом:

Как следует из этого графика разница между состоянием "0" и состоянием "1" достаточна для однозначного определения значения ячейки, а падение тока утечки незначительно - за 10⁶ секунд (что соответствует 11,6 суткам) падение не превысило 2%.

Подводя итог, можно сказать, что данная технология вполне жизнеспособна - чрезвычайно малый размер ячеек, стабильность заряда и высокая скорость доступа к ячейкам (что может быть проще транзистора?) - вот ключевые позиции 1T FeRAM. Основной проблемой является надежность хранения заряда - память на базе 1T FeRAM теряет данные по прошествии 50-60 дней. Впрочем, для рынка мобильных компьютеров это не актуально - вряд ли у кого из владельцев КПК его любимая игрушка будет выключена более двух месяцев, а при включении заряд на транзисторах обновляется. Следовательно, создателям 1T осталось повысить надежность и, главное, реализовать все это на практике - а это похоже будет главной проблемой, ни один из крупных производителей FeRAM пока не заинтересовался этой новой реинкарнацией старой идеи, предпочитая заниматься более традиционными 1T-1C и 2Т-2C. На текущий момент не было ни одной новости о лицензировании технологии 1Т каким-нибудь крупным производителем. По-видимому, стереотипы живучи - один раз забраковав 1Т структуру, гиганты компьютерной индустрии накрепко про нее забыли. Хочется верить, что этой, как ее назвали разработчики, ultra-Gbit FeRAM, повезет с издателями, и увидим мы на прилавках дешевые емкие энергонезависимые носители информации.

1С FеRAM (SFRAM)

Этот тип памяти состоит из 1С ячеек, то есть ячеек содержащих один ферромагнитный сегнетоэлектрический конденсатор. Другое коммерческое название 1С FеRAM звучит как SFRAM - statically read, non-volatile, ferroelectric random access memory (статически читаемая энергонезависимая сегнетоэлектрическая память с произвольным доступом к ячейкам).

Этот тип FeRAM наиболее близок по структуре к древней памяти на ферромагнитных сердечниках, в чем легко убедиться, взглянув на принципиальную схему:

Как видно из этой схемы принцип действия памяти на ферромагнитных сердечниках (a) и FeRAM схож - для того чтобы записать "0" или "1" надо подать соответственно положительное или отрицательное напряжение одновременно и по линии X и по линии Y, после чего заряд в ячейке хранится продолжительное время и после отключения питания.

Строение современной 1С ячейки можно представить в таком виде:

Где PNZT - модифицированный легирующими добавками PZT.

SFRAM прочат в преемницы нынешней SRAM, предполагается, что в ближайшие несколько лет, SRAM будет вытеснена с рынка полностью.

Ключевыми позициями технологии 1С FeRAM являются: очень малый размер ячеек, соответственно, более высокая информационная емкость на единицу поверхности микросхемы по сравнению с SRAM, великолепные показатели в области устойчивости к усталости материала (fatigue) и наложению "отпечатка" заряда (imprint), лучшая энергонезависимость по сравнению с SRAM, крайне низкое энергопотребление в режиме чтения, высокая скорость, низкая цена.

Данная технология бурно развивается, так как SFRAM 100% совместима по интерфейсу с SRAM, то рынок для нее уже есть - и не малый - замещать устаревающую и более дорогую SRAM. Технологии SFRAM уже отработаны и первые чипы достаточно давно ушли с конвейера, осталось преодолеть консервативность производителей и наладить действительно массовый выпуск этой памяти. Впрочем, поиски в этой области продолжаются - идет перебор легирующих компонентов для сегнетоэлектриков, подбор диэлектриков для изоляции обкладок конденсатора - все с целью и без того улучшить уже имеющееся, увеличить скорость обмена данными, повысить надежность хранения информации, удешевить производство - прогресс неумолим. Лучшее - враг хорошего.

1Т-1С FeRAM

Благодаря совместным разработкам и усилиям компаний Toshiba и Infineon Technologies AG данный тип FeRAM является наиболее распространенным на текущий момент. Этот тип FeRAM очень близок по структуре к обычной DRAM, в чем легко убедиться, взглянув на принципиальные схемы обоих типов памяти.

Широкое распространение данного типа памяти объясняется как раз этой схожестью с DRAM, то есть инженерам-разработчикам не приходится менять логику своих разработок, им всего лишь приходится учитывать такие новые факторы в схеме как полевой сегнетоэлектрический транзистор (ferroelectric gate field-effect transistor), вместо обычного полевого транзистора и конденсатор из этого же материала. По сравнению с 1Т структурой 1Т-1С структура является гораздо более стабильной и дольше может хранить записанную информацию, но, правда, ячейка выходит заметно крупнее.

Основное отличие от DRAM помимо сегнетоэлектрических транзистора и конденсатора состоит в способе подключения ячейки к общей структуре. В DRAM отрицательная обкладка конденсатора подключена к корпусу чипа, а в случае FeRAM подключение происходит к дополнительному проводнику - передающей линии (driveline). Казалось бы, отличие незначительное, но оно полностью меняет сам принцип записи данных в ячейку.

Для того чтобы записать бинарный "0" в ячейку DRAM на линию данных (bitline) подается положительное напряжение, а на линию управления (wordline) подается сигнал, открывающий полевой транзистор, после чего конденсатор заряжается и ячейка принимает состояние "1". Запись бинарного нуля происходит еще проще - линия данных (bitline) заземляется, по линии управления подается сигнал, открывающий транзистор - конденсатор разряжается, ячейка в состоянии "0".

В случае FeRAM, для записи бинарной единицы на передающую линию подается положительное напряжение, линия данных (bitline) заземляется, по линии управления подается сигнал, открывающий транзистор - происходит отрицательная поляризация конденсатора - ячейка принимает значение "1". Запись нуля - наоборот - на линию данных подается положительное напряжение, передающая линия заземляется, по линии управления подается сигнал, открывающий транзистор - происходит положительная поляризация конденсатора - ячейка принимает значение "1". В обоих случаях используется положительное напряжение, только подаваемое с разных направлений. Основным элементом в цепи, отвечающим за запись данных является конденсатор. Запись происходит после открытия транзистора. Следовательно, имеется некая временная константа, включающая время срабатывания транзистора плюс время поляризации конденсатора. Именно эта константа будет ответственна за скорость работы памяти FeRAM. Естественно, что для каждого сегнетоэлектрика эта константа будет разной, следовательно, главной задачей исследователей на ближайшее время будет поиск материалов и легирующих добавок, для которых эта временная константа будет наименьшей.

Дизайн 1Т-1С ячейки определяется емкостью линии данных (bitline) и поляризационными параметрами сегнетоэлектрического конденсатора. Емкость линии данных (bitline) определяется количеством висящих на ней ячеек плюс паразитической емкостью материала самой линии.

По сравнению с вышерассмотренными 1Т и 1С структурами, размер ячейки 1Т-1С очень велик. Казалось бы - у DRAM точно такой же, почему же там никто не жалуется на размер? Все дело в процессе производства - помимо обычной фотолитографии в случае FeRAM при нанесении сегнетоэлектрического слоя приходится применять спекание - получение керамики из смеси металлооксидов, а это существенно затрудняет производство ячеек такого размера, так как применяются довольно высокие температуры порядка 350-5000С. Именно эти факторы послужили причиной столь долгого старта этого формата памяти. Все остальные показатели у него вполне удовлетворяют рыночным требованиям - это и сравнительно низкое время доступа, мгновенная перезапись, низкое энергопотребление при записи/чтении, огромное количество циклов записи/перезаписи, длительное время хранения данных при отсутствии источника питания. Главное - у этого формата есть огромный потенциал, ему есть, куда расти. Компании Toshiba и Infineon Technologies AG - главные производители 1Т-1С FeRAM на данный момент - прилагают все усилия, чтобы выявить незадействованные пока возможности этой памяти и получить, в конце концов, действительно память будущего, способную вытеснить устаревающих конкурентов с рынка. Буквально на днях Toshiba и Infineon объявили о создании чипа 1Т-1С FeRAM с самой большой на сегодняшний день плотностью записи информации емкостью 32 Мбит. Этот чип произведен по 0,2-мкм технологии, имеет общую площадь равную 96 кв. мм, из которых примерно 34% занято под логику контроллера. Как видно, все еще впереди, можно найти новые сегнетоэлектрики, применить более совершенный технологический процесс и получить компактную энергонезависимую память огромных размеров и за небольшие деньги. Ждем-с...

2T-2C FeRAM

У данного типа памяти элементарная ячейка представляет собой сдвоенные ячейки 1T-1C типа. Эти ячейки можно комбинировать по-разному, поэтому общей формуле 2T-2C могут соответствовать несколько вариантов. Принципиальные схемы некоторых распространенных вариантов 2T-2C FeRAM выглядят так:

Этот вариант 2Т-2С ячейки подключен к двум управляющим линиям объединенных с передающими линиями (ML - merged Wordline/plateline) и к двум линиям данных BL (bitline) и называется по способу подключения WL/PL архитектурой. Эта схема представляет собой просто две 1С-1Т ячейки скомпонованные в одну большую. Ничем особым от 1С-1Т WL/PL не отличается - просто это один из способов повысить интеграцию компонентов в чипе. Эта схема не получила пока широкого распространения и является экспериментальной.
Другая схема, реализованная на практике, выглядит несколько иначе:

Здесь ячейка 2T/21C подключена к управляющей линии (wordline) и передающей линии (plateline), но линии данных разделена на две раздельные линии (bitline и complement bitline), соответственно запись/чтение на сегнетоэлектрические конденсаторы производится раздельно. Данные, записываемые в эти два конденсатора, дублируются, что приводит к увеличению надежности хранения данных. При этом напряжение между шинами данных bitline и complement bitline выражается следующей формулой:

где V₁и V₀ напряжения на линиях данных, C₀ и C₁ - емкости конденсаторов ячейки, C_BL - паразитная емкость шины данных, а V_DD - положительное напряжение питания. Помимо конденсаторов присутствует усилитель, необходимый для считывания данных из ячейки 2T/2C. Усилитель и две структуры 1T/1C сильно удорожают эту память, но главный недостаток - это колоссальный размер ячейки 2T/2C по сравнению даже с 1T/1C, не говоря о таких малышах как 1Т и 1С структуры. Не удивительно что даже крупнейшим фирмам-производителям занимающимся разработкой и производством данного типа памяти таким как NEC, Matsushita и Fujitsu не удалось пока получить чипы с плотностью записи информации свыше 1 мегабита (в то время как для 1С-1Т структуры созданы уже промышленно выпускаемые чипы с емкостью свыше 32 мегабит).

Казалось бы - зачем такая дорогостоящая и громадная структура вообще нужна? Ведь есть и более дешевые и компактные решения. Но есть у 2T/2C структуры достоинство, которое напрочь перечеркивает все недостатки - повышенная, даже можно сказать избыточная стабильность хранения данных и полная невосприимчивость к внешнему воздействию. В самом деле, память 2T/2C FeRAM устойчива к воздействию магнитных и электромагнитных полей, не теряет информацию под действием ионизирующих излучений, ударопрочна и способна хранить данные очень большой период времени. Все вышеперечисленные свойства, в принципе обычному компьютерному пользователю совершенно не нужны, но они жизненно необходимы для функционирования устройств в местах, где все эти вредоносные факторы есть - в первую очередь в голову приходит космос. Именно в космосе есть и магнитные поля и радиация и перегрузки, да и с питанием там не всегда бывает все в порядке (вспомните станцию ФОБОС-1, которая из-за неправильной ориентации в пространстве относительно солнца получала слишком мало энергии, истощила аккумуляторы, отключилась и потерялась в космосе). Кроме того, производители оборудования для работы в космических условиях люди не бедные, в отличие от трясущихся над каждым центом рядовых пользователей, поэтому сильно торговаться не будут. Когда речь зайдет о безопасности хранения программного обеспечения спутника стоимостью сотни миллионов долларов, то трястись над тысячей, другой долларов за микросхему 2T-2C FeRAM никто не будет. Кроме космических корпораций есть еще вулканологи, военные, исследовательские лаборатории, работающие с жестким излучением и магнитными полями и некоторые другие категории потребителей этой надежной памяти. Конечно, добиться большого объема производства не удастся, рынок слишком узкий, но зато можно диктовать цены в любых разумных пределах. Либо мало и дорого для избранных (путь NEC, Matsushita и Fujitsu), либо много и дешево для всех (Toshiba и Infineon).

Помимо этих основных структур существует огромное количество их комбинаций. Практически любой мало-мальски уважающий себя университет занимается сейчас перебором вариантов компоновки ячеек и изучением свойств этих гибридов. Защищаются дипломы на данную тему, получаются все новые и новые патенты. Рассмотреть хотя бы наиболее перспективные комбинации в рамках одной статьи - дело нереальное. Тут материала как минимум еще на одну статью, ну а пока стоит перейти к дальнейшим перспективам FeRAM.

Будущее FeRAM

Как явствует из вышеизложенного, у всех типов FeRAM перспективы более чем радужные. Ученные и коммерческие организации, по сути, затронули лишь самый краешек огромного пласта открытий, используя лишь самые грубые модели и далеко не самые лучшие материалы, спеша получить прибыль - ведь внедрение новых технологий с нуля это очень дорого и медленно. Вот и катятся по наезженной дороге производители, боясь свернуть в сторону, на обочину, где хоть и полно чудес, но трясет и колесо проколоть можно. Тем не менее, прогресс налицо. Отработав и заработав на обкатанных схемах, производители все же начинают рваться в манящую даль, о чем свидетельствует этот Roadmap посвященный FeRAM:

Из этого анонса и вышеприведенных фактов следуют очевидные вещи: с течением времени технологический процесс будет все тоньше и тоньше, размер ячеек будет уменьшаться, новые технологии и материалы будут появляться как грибы после дождя, цена на FeRAM будет падать, а сама FeRAM вытеснит все конкурирующие стандарты памяти и посыпятся на нас как из рога изобилия всевозможнейшие энергонезависимые носители и Windows наконец-то научиться мгновенно загружаться. Осталась самая малость - дожить до всего этого великолепия, чего желаю себе и своим читателям.

Глоссарий

Сегнетоэлектрики - группа соединений обладающих способностью при изменении своих физических параметров вырабатывать электрический ток (например, пьезокерамика при сжатии) и, наоборот, при приложении к ним электрического тока способные изменять свои физические свойства (деформация, изменение проводимости, изменение ферромагнитных свойств и т.д.). В ряде случаев после прекращения воздействия изменения в материале сохраняются, что и делает этот класс соединений столь ценным для использования в носителях информации.

PZT (Perovskite lead zirconate titanate) - семейство сегнетоэлектрических керамик общей формулой Pb(ZrxTi1-x)O3. Иногда при добавлении легирующих добавок к аббревиатуре PZT могут добавляться другие латинские буквы.

SBT - семейство сегнетоэлектрических керамик аналогичных PZT с общей формулой Sr(BixTax)O9. Отличаются улучшенными показателями по сравнению с PZT, но химически менее стабильны и имеют более сложный процесс получения.

Петля гистерезиса - в том случае, когда переход из начального состояния в конечное происходит по одному пути, а из конечного в начальное - по другому и в любой своей точке (кроме начала и конца) первый и второй пути имеют разное значение, возникает эффект называемый петлей гистерезиса. Графически для сегнетоэлектрика это выглядит так:

где Р - это поляризация материала, а E - напряженность электрического поля. При следовании по пути из точки 1 в точку 2 достигается такое критическое значения поляризации (поляризация насыщения), что возврат в исходное состояние по тому же пути для сегнетоэлектрика становится невозможным. Чем больше зазор между первым и вторым путем, тем лучше - тем однозначнее определение значения бинарного кода записанного в ячейке.

Поляризация насыщения - поляризация, при которой все дипольные моменты сегнетоэлектрика ориентируются вдоль вектора поля, при этом сегнетоэлектрик изменяет свои физические свойства.

Коэрцитивное напряжение - это значение электрического поля, при котором поляризация материала становится равным 0.

Усталость материала (fatigue) - изменение значения поляризации сегнетоэлектрика в сторону уменьшения в процессе эксплуатации материала, то есть в цикле запись/перезапись.

Отпечаток заряда (imprint) - постепенный переход диэлектрика в одно из своих устойчивых состояний при длительном нахождении в этом состоянии

Старение материала - деградация поляризационных параметров (остаточная поляризация Pr и поляризация насыщенности P0) с течением времени.