Doorbraak in elektronica: onderzoekers verlengen levensduur van micro-elektronische apparaten met nieuwe inzichten

AmsterdamOnderzoekers van de University of Minnesota Twin Cities hebben nieuwe inzichten verkregen over hoe micro-elektronische apparaten na verloop van tijd slijten. Deze kennis kan helpen bij het verbeteren van het ontwerp van deze apparaten. De studie richtte zich op spintronische magnetische tunnelkoppelingen (MTJ's), die mogelijk gebruikt kunnen worden in geavanceerde geheugenapparaten zoals Magnetic Random Access Memory (MRAM). Het doel is om datasystemen efficiënter te maken en langer te laten meegaan.

Onderzoekers gebruikten geavanceerde elektronenmicroscopen om de kleine onderdelen van nanogestructureerde MTJ's op atomaire schaal in real time te bestuderen. Ze ontdekten dat een constante stroom elektriciteit ervoor zorgt dat de kleine pilaren in deze structuren smaller worden, wat uiteindelijk leidt tot het uitvallen van de apparaten. Dit probleem deed zich voor bij veel lagere temperaturen dan verwacht, wat aantoont dat deze kleine materialen unieke eigenschappen hebben, zoals verschillende smeltpunten.

Belangrijke ontdekkingen zijn onder andere:

• Reële tijd waarnemingen van apparaatdegradatie via transmissie-elektronenmicroscopie (TEM).
• Identificatie van "gaatjes" als vroege signalen van apparaatfalen.
• Onverwacht lagere temperatuurgrenzen voor materiaaluiteenvallen.

Deze bevindingen zijn cruciaal voor de halfgeleiderindustrie. Door te begrijpen hoe materialen op moleculair niveau afbreken, kunnen we het ontwerp van geheugeneenheden verbeteren. Dit onderzoek toont aan dat aanpassingen in de samenstelling en structuur van deze materialen nieuwe micro-elektronische apparaten duurzamer en efficiënter kunnen maken. Dit vergroot hun betrouwbaarheid voor diverse toepassingen, zoals slimme wearables en kunstmatige intelligentie.

Het onderzoek toont aan dat het observeren van apparaten tijdens hun werking (met behulp van stroom en spanning) veel gedetailleerdere informatie oplevert. Dit is een grote verbetering ten opzichte van oudere methoden en helpt ons om materiaalgedrag beter te begrijpen.

Lees ook:

Vandaag · 13:15

Nieuwe doorbraak: quantumfysica verbetert omzetting van warmte naar stroom voor duurzame energieoplossingen

Er is veel potentieel voor grote verbeteringen in MRAM en andere spintronische apparaten. Deze technologieën bieden betere energie-efficiëntie en snelheid, waardoor verdere ontwikkeling ze meer gangbaar zou kunnen maken. In de toekomst kan dit leiden tot efficiëntere en duurzamere opslagoplossingen voor computers, smartphones en AI-systemen.

Samenwerking speelt een cruciale rol in dit belangrijke werk. Deskundigen van de Universiteit van Minnesota en de Universiteit van Arizona hebben hun krachten gebundeld, wat de voordelen aantoont van interdisciplinair samenwerken. Financiering van de National Science Foundation (NSF) en de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) onderstreept de significante bijdrage van dit onderzoek aan de vooruitgang van de nationale technologie.

De gezamenlijke inspanning benadrukt het belang van locaties zoals de Characterization Facility van de Universiteit van Minnesota en het Minnesota Nano Center. Deze faciliteiten zijn cruciaal voor vooruitgang in materiaalkunde en halfgeleideronderzoek.

Deze studie onthult hoe de volgende generatie micro-elektronische apparaten falen en legt de basis voor toekomstige innovaties die opslagtechnologie robuuster en efficiënter kunnen maken.