Ny vetenskaplig studie: Genombrott för att förlänga mikroelektroniska enheters livslängd och effektivitet

StockholmForskare vid University of Minnesota Twin Cities har upptäckt ny information om hur mikroelektroniska enheter slits med tiden. Denna information kan hjälpa till att förbättra designen av dessa enheter. Studien fokuserade på spintroniska magnetiska tunnelövergångar (MTJ), som skulle kunna användas i avancerade minnesenheter som magnetiskt RAM (MRAM). Målet är att göra datalagringssystem mer effektiva och hållbara.

Forskare i denna studie använde avancerade elektronmikroskop för att undersöka de små delarna av nanostrukturerade MTJ:er på atomnivå i realtid. De upptäckte att ett konstant flöde av elektricitet gör att de små pelarna i dessa strukturer smalnar, vilket så småningom leder till att enheterna slutar fungera. Detta problem observerades vid mycket lägre temperaturer än förväntat, vilket visar att dessa små material har unika egenskaper, inklusive olika smältpunkter.

Viktiga upptäckter inkluderar: realtidsobservation av enhetsnedbrytning med hjälp av transmissionselektronmikroskopi (TEM), identifiering av "nålstick" som tidiga tecken på enhetsfel samt oväntat lägre temperaturtrösklar för materialnedbrytning.

Dessa resultat är viktiga för halvledarindustrin. Genom att förstå hur material bryts ner på molekylär nivå kan vi förbättra designen av minnesenheter. Forskningen visar att genom att ändra sammansättningen och strukturen hos dessa material kan nya mikroelektroniska enheter bli mer hållbara och fungera bättre. Detta gör dem mer pålitliga för olika användningsområden, som exempelvis smarta bärbara enheter och artificiell intelligens.

Studien visar att genom att observera enheter medan de faktiskt är i drift (med hjälp av ström och spänning) får man mycket mer detaljerad information. Detta är en stor förbättring jämfört med äldre metoder och hjälper oss att bättre förstå materialbeteenden.

Läs också:

Idag · 13:15

Ny forskning: Kvantfysik revolutionerar omvandling av spillvärme till elenergi med över 60 % effektivitet

Det finns stor potential för betydande förbättringar inom MRAM och andra spintroniska enheter. Dessa tekniker erbjuder bättre energieffektivitet och hastighet, så framsteg inom detta område kan bidra till att de blir mer utbredda. I framtiden kan detta leda till mer effektiva och hållbara lagringslösningar för datorer, smartphones och AI-system.

Samarbete är avgörande i detta viktiga arbete. Experter från University of Minnesota och University of Arizona har förenat sina krafter, vilket visar fördelarna med att arbeta tillsammans över olika områden. Finansiering från National Science Foundation (NSF) och Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) understryker den stora roll denna forskning spelar för att främja nationell teknologi.

Teaminsatsen belyser vikten av platser som Universitetet i Minnesotas Karakteriseringsanläggning och Minnesota Nano Center. Dessa anläggningar är avgörande för att göra framsteg inom materialvetenskap och halvledarforskning.

Denna studie förklarar hur nästa generations mikroelektroniska enheter bryts ned och lägger grunden för framtida framsteg som kan göra datalagringstekniken starkare och mer effektiv.