Ontdekking kan de levensduur van elektronische apparaten verlengen

Nobelprijswinnaar Herbert Kroemer beweerde ooit beroemd: “De interface is het apparaat.” De waarnemingen van de Sydney-onderzoekers zouden daarom een ​​nieuw debat kunnen aanwakkeren over de vraag of interfaces – fysieke grenzen die verschillende gebieden in materialen van elkaar scheiden – een haalbare oplossing zijn voor de onbetrouwbaarheid van apparaten van de volgende generatie.

“Onze ontdekking heeft aangetoond dat interfaces de ferro-elektrische degradatie daadwerkelijk kunnen versnellen. Daarom is een beter begrip van deze processen nodig om de beste prestaties van apparaten te bereiken”, zei Dr. Chen.

Ferro-elektrische materialen worden in veel apparaten gebruikt, waaronder geheugens, condensatoren, actuatoren en sensoren. Deze apparaten worden vaak gebruikt in zowel consumenten- als industriële instrumenten, zoals computers, medische echografieapparatuur en onderwatersonars.

Na verloop van tijd worden ferro-elektrische materialen onderworpen aan herhaalde mechanische en elektrische belasting, wat leidt tot een geleidelijke afname van hun functionaliteit, wat uiteindelijk resulteert in defecten. Dit proces wordt ‘ferro-elektrische vermoeidheid’ genoemd.

Het is een hoofdoorzaak van het falen van een reeks elektronische apparaten, waarbij afgedankte elektronica een belangrijke bijdrage levert aan e-waste. Wereldwijd gaan jaarlijks tientallen miljoenen tonnen defecte elektronische apparaten naar de vuilnisbelt.

Met behulp van geavanceerde in-situ elektronenmicroscopie konden de onderzoekers van de School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering ferro-elektrische vermoeidheid waarnemen terwijl deze optrad. Deze techniek maakt gebruik van een geavanceerde microscoop om in real-time te ‘zien’, tot op nanoschaal en atomair niveau.

De onderzoekers hopen dat deze nieuwe observatie, beschreven in een paper gepubliceerd in Nature Communications, zal helpen om het toekomstige ontwerp van ferro-elektrische nano-apparaten beter te informeren.

“Onze ontdekking is een belangrijke wetenschappelijke doorbraak omdat het een duidelijk beeld geeft van hoe het ferro-elektrische afbraakproces op nanoschaal aanwezig is”, zei co-auteur professor Xiaozhou Liao, eveneens van het University of Sydney Nano Institute.

Dr. Qianwei Huang, de hoofdonderzoeker van de studie, zei: “Hoewel het al lang bekend is dat ferro-elektrische vermoeidheid de levensduur van elektronische apparaten kan verkorten, werd tot nu toe niet goed begrepen hoe het optreedt, vanwege een gebrek aan geschikte technologie om het waar te nemen. . “

Co-auteur Dr. Zibin Chen zei: “Hiermee hopen we de engineering van apparaten met een langere levensduur beter te informeren.”