Учёные нашли материал для создания искусственного мозга

Учёные нашли возможность создать искусственный синапс для решения задач подобно мыслительному процессу человека. Сегодня для этого предлагается множество вариантов и один из самых перспективных видится в сегнетоэлектриках. На таких материалах уже лет 20 выпускается память FeRAM, а новое исследование показывает, как сделать элементы памяти атомарной толщины и приблизиться к нейроморфным вычислениям в объёме процессора.

Источник изображения: Stanford University

В серийно выпускаемой памяти FeRAM переключающий элемент обычно выполнен из пьезокерамики, а именно цирконат-титаната свинца (PZT). Свойства материала сохранять поляризацию даже после снятия внешнего управляющего сигнала электромагнитного поля придаёт памяти FeRAM её важнейшее свойство энергонезависимости. Она сохраняет данные даже при отключённом питании. Для имитации работы мозга это крайне важно. Но в нынешнем виде ячейка FeRAM слишком крупная и мозг с её использованием будет очень и очень большой.

Для изготовления искусственных синапсов удобны тонкоплёночные структуры толщиной в несколько атомов это даст малые размеры, высокая плотность и низкое энергопотребление. Выяснилось, что довольно перспективным сегнетоэлектрическим материалом для тонкоплёночных искусственных синапсов является оксид гафния (HfO2). Этот материал прекрасно осаждается из газовой среды с использованием современных методов создания тонкоплёночных структур с высокой точностью и под надёжным контролем. Температуры процессов создания плёнок совместимы с техпроцессами КМОП (CMOS) и не сожгут элементы чипа в процессе изготовления микросхем.

Схематическое изображение синапса человека (слева) и ячейки сегнетоэлектрической памяти (справа). Источник изображения: ACS Appl. Electron. Mater. 2020, 2, 12, 40234033

Определённая проблема была в том, что сегнетоэлектрические свойства HfO2 относительно нестабильны, но добавка в к нему циркония (Zr) решила эту проблему. Тем самым соединение оксид гафния-циркония (HZO) оказалось одним из сильных кандидатов для изготовления памяти с использованием сегнетоэлектриков и обещает революцию в области вычислений памяти.