افزایش قدرت ذخیره‌‌سازی حافظه با استفاده از‌ نانوخازن‌ها

مواد فروالکتریک، گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای جایگزینی مواد مغناطیسی و دی‌الکتریک در ذخیره‌سازی داده غیر فرار هستند؛ اما یکی از مشکلاتی که در این راه وجود دارد این است که فروالکتریک‌ها به‌آسانی تحت روش‌های لیتوگرافی معمولی آسیب می‌بینند. محققان آلمانی از راهکار متفاوتی با نام الگودهی استنسیل(stencil)، برای حل این مشکل استفاده کرده‌‌اند.

مواد فروالکتریک، گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای جایگزینی مواد مغناطیسی و دی‌الکتریک
در ذخیره‌سازی داده غیر فرار هستند؛ اما یکی از مشکلاتی که در این راه وجود دارد
این است که فروالکتریک‌ها به‌آسانی تحت روش‌های لیتوگرافی معمولی آسیب می‌بینند.
محققان آلمانی از راهکار متفاوتی با نام الگودهی استنسیل(stencil)، برای حل این
مشکل استفاده کرده‌‌اند.

طرحی شماتیک از رسوب‌دهی لیزر پالسی PZT ماده فروالکتریک، از طریق یک ماسک بسیار
نازکِ AAO بر روی یک لایه پلاتینی قرارگرفته بر روی یک زیرلایه. سپس این ماسک
برداشته می‌شود تا یک آرایه گسترده از نانوخازن‌ها بر روی سطح باقی بماند.

وو لی از بخش فیزیکِ میکروساختار مؤسسه ماکس پلانک در شهر هال آلمان به همراه
همکارانش از کره، با بهره‌گیری از روش استنسیل ‌کردن خود یک آرایه‌ بسیار چگال از
نانوخازن‌های فروالکتریک را با چگالی ِ۱۷۸ Gb/in2 ساخته‌اند که این میزان چگالی
برای این ماده یک رکورد محسوب می‌گردد. این روش، بر خلاف لیتوگرافی «بالا‌ـ‌پایین»‌ـ‌که
هم‌اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرد‌ـ به ساختارهای فروالکتریک حساس آسیبی وارد نمی‌کند.

مواد فروالکتریک دارای دوقطبی‌های الکتریکی دایمی(همانند دوقطبی‌های مغناطیسی در
آهن) است و به همین دلیل به این نام خوانده می‌شود. قطب‌های مثبت و منفی در یک
دوقطبی الکتریکی دایمی می‌تواند با یکدیگر عوض شود(مانند قطب‌های شمال و جنوب یک
آهن‌ربا؛ البته بسیار سریع‌تر از آنها)؛ از این رو این ماده می‌تواند همانند یک
دیسک سخت، به‌صورت دایمی داده‌ها را ذخیره کند، با این تفاوت که ماده فروالکتریک
قادر به پردازش سریع داده‌هاست.
لی و همکارانش برای ساخت این آرایه، ابتدا سطح صفحات آلومینیومی بسیار خالص را به‌صورت
الکتروشیمیایی، آندایز کرده و به این شکل، غشاهای نازکی از اکسید آلومینیوم متخلخل
را به‌عنوان «ماسک‌های سایه» تولید نمودند که در آنها آرایه‌های تقریباً منظمی از
نانوحفرات شکل می‌گرفتند و پس از آن به روش روکش‌‌دهی چرخشی، لایه‌ای‌ از پلی‌استایرن
را بر روی اکسید آلومینیوم پوشش دادند.
سپس این قالب بر روی یک بستر اکسید منیزیم با روکش‌‌ پلاتینی قرار گرفت و پلی‌استایرن
برداشته‌شده ‌و لایه‌های نازک تیتانات زیرکونات سربِ فروالکتریکی و پلاتین از خلال
نانوحفره‌های استنسیل، با استفاده از یک لیزر رسوب‌دهی گردیدند. پس از برداشتن
استنسیل، یک آرایه از برآمدگی‌های خازنی فلز/فروالکتریک/فلزِ نانومقیاس(که حدود ۴۰
نانومتر عرض داشتند) بر روی زیرلایه ایجاد گردید. از آنجایی که می‌توان فاصله‌ بین
برآمدگی‌ها را تا ۶۰ نانومتر کاهش داد، چگالی ابزار حاصله می‌تواند به بیش از ۱۰۱۱
خازن در هر اینچ مربع برسد. می‌توان از این آرایه‌ها در تراشه‌های حافظه دسترس
تصادفی(RAM) فروالکتریک استفاده کرد و آن را در کاربردهایی چون گوشی‌های تلفن همراه
دوربین‌دار و رایانه‌های همراه به ‌کار گرفت.
نتایج این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده‌است.