В настоящее время во всем мире наблюдается огромный интерес к созданию новых технологий, в том числе новых технологий памяти. Это связано со стремлением улучшить существующие характеристики устройств памяти и получить быстродействующую, дешёвую и энергонезависимую память. Одним из направлений исследований является создание резистивной памяти на основе электрических переключений в композитных пленках. Эффект резистивного переключения заключается в том, что рассматриваемая система может находиться в двух состояниях с различными сопротивлениями, выступающими как логические “0” и “1”. Данный эффект позволяет создать энергонезависимую память с высоким быстродействием и низкой стоимостью. Современные технологии хранения данных требуют улучшения параметров энергонезависимой памяти, таких как скорость записи и считывания, плотность хранения информации, а также энергопотребление. Композитные пленки на основе высокотемпературных сверхпроводников, таких как YBCO, и диэлектриков, таких как SrTiO₃, представляют собой перспективный материал для таких приложений благодаря уникальным электрическим и магнитным свойствам.

Проект направлен на создание новых материалов и технологий для энергонезависимой памяти, что имеет большое значение для развития высокопроизводительных и энергоэффективных вычислительных систем.

Цель проекта – Разработка и исследование композитных пленок YBCO на монокристаллической подложке SrTiO₃ для использования в энергонезависимых устройствах памяти. Особое внимание уделяется изучению характеристик этих пленок, полученных методом магнетронного распыления, с целью повышения их функциональности и надежности.

Основной метод получения композитных пленок YBCO/SrTiO₃ - магнетронное распыление. Этот метод позволяет получать высококачественные пленки с контролируемой толщиной и составом. В ходе проекта будут проведены следующие этапы:

• получение наноструктурированных порошков YBCO методом сжигания нитрат-органических прекурсоров;
• изготовление наноструктурированной мишени YBCO методом холодного прессования из полученных нанопорошков;
• нанесение YBCO на монокристаллическую подложку SrTiO3 методом магнетронного распыления мишени;
• оптимизация параметров магнетронного распыления для формирования композитных пленок.
• структурный и морфологический анализ полученных пленок с использованием рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (SEM).
• измерение электрических свойств пленок с целью определения их пригодности для использования в энергонезависимой памяти.

Ожидаемые результаты:

1. Разработка оптимальной технологии магнетронного распыления для получения композитных пленок YBCO/SrTiO₃ с высокими эксплуатационными характеристиками.

2. Получение и характеристика пленок с улучшенными структурными и функциональными свойствами.

3. Подготовка научных публикаций и патентов по результатам исследований.

Для получения слоев YBCO на поверхности монокристаллического SrTiO₃ будет задействована установка магнетронного распыления-автоматизированный магнетронный комплекс «ВАТТ АМК-МИ». Фазовый состав и структура полученных пленок будут исследованы на дифрактометре «PANalytical Empyrean series 2». Качественный и количественный анализ в полученных пленках будет производиться на электронном микроскопе - ASPEX Express на базе EDX детектора OmegaMax. Исследования поверхности пленок, спектры КР, а также локальные ВАХ планируется провести на измерительном комплексе зондовой микроскопии - NTEGRA- SPECTRA. Исследования вольтамперных характеристик пленок в планарной и сендвич конфигурациях, для выявления эффекта резистивного переключения структур, будут проводиться на автоматизированной установке, включающей прецизионный калибратор - мультиметр (Keithley 2400) в режиме источника напряжения.

Прогноз по рынку

В 2016 году рынок энергонезависимой памяти согласно данным Webfeet Research составил 48,4 млрд. долларов США. Мировой рынок сверхпроводников растет с каждым годом и составляет около $ 9 млрд. Область использования меняется от сверхпроводящих керамик для демонстрации эффекта левитации и создания магнито-левитирующих транспортных систем до сверхпроводящих магнитов для термоядерного реактора ИТЭР. Этим обусловлен рост спроса на эти устройства в России. Цена на рынке за сто грамм порошка YBCO в зависимости от дисперсности (от 150 до 30мкм) составляет от 16000 до 25000, цена за 1 грамм керамики составляет около 100 рублей. В перспективе, учитывая большой практический задел и накопленную патентную базу Россия может значительно укрепить свои позиции на мировом рынке энергонезависимой памяти на основе сверхпроводниковых технологий.

На страницу проекта