پیشرفت در فناوری حافظه نسل بعدی!

با رشد تصاعدی در تولید و پردازش داده ها به دلیل پیشرفت در الکترونیک و هوش مصنوعی (AI)، اهمیت فناوری های ذخیره سازی داده ها افزایش یافته است. حافظه فلش NAND، یکی از رایج ترین فناوری ها برای ذخیره سازی انبوه داده ها، می تواند با چیدن سلول ها در یک ساختار سه بعدی و نه مسطح، داده های بیشتری را در همان ناحیه ذخیره کند. با این حال، این رویکرد به تله های شارژ برای ذخیره داده ها متکی است که منجر به ولتاژهای عملیاتی بالاتر و سرعت کمتر می شود.

اخیراً، حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیا به عنوان یک فناوری حافظه نسل بعدی امیدوارکننده ظاهر شده است. هافنیا (اکسید هافنیوم) حافظه های فروالکتریک را قادر می سازد تا در ولتاژ پایین و سرعت بالا کار کنند. با این حال، یک چالش مهم پنجره حافظه محدود برای ذخیره سازی داده های چند سطحی بوده است.

تیم پروفسور جانگ سیک لی در POSTECH با معرفی مواد جدید و ساختار دستگاه جدید به این موضوع پرداخته است. آنها عملکرد دستگاه های حافظه مبتنی بر هافنیا را با دوپینگ مواد فروالکتریک با آلومینیوم افزایش دادند و لایه های نازک فروالکتریک با کارایی بالا ایجاد کردند. علاوه بر این، آنها ساختار متعارف فلز- فروالکتریک-نیمه هادی (MFS) را جایگزین کردند، جایی که فلز و مواد فروالکتریک تشکیل دهنده دستگاه به سادگی چیده شده اند، با ساختار ابتکاری فلز- فروالکتریک-فلز- فروالکتریک-نیمه هادی (MFMFS).

این تیم با تنظیم ظرفیت لایه های فروالکتریک، که شامل عوامل تنظیم دقیق مانند ضخامت و نسبت سطح لایه های فروالکتریک فلز به فلز و فلز به کانال می شد، ولتاژ هر لایه را با موفقیت کنترل کرد. این استفاده کارآمد از ولتاژ اعمال شده برای سوئیچ کردن مواد فروالکتریک باعث بهبود عملکرد دستگاه و کاهش مصرف انرژی شد.

دستگاه های فروالکتریک مبتنی بر هافنیا معمولاً دارای یک پنجره حافظه در حدود 2 ولت (V) هستند. در مقابل، دستگاه تیم تحقیقاتی به یک پنجره حافظه بیش از 10 ولت دست یافت که فناوری سلول چهار سطحی (QLC) را قادر می سازد که 16 سطح داده (4 بیت) را در هر واحد ترانزیستور ذخیره می کند. همچنین پس از بیش از یک میلیون چرخه، پایداری بالایی از خود نشان داد و در ولتاژهای 10 ولت یا کمتر کار کرد که به طور قابل توجهی کمتر از 18 ولت مورد نیاز برای حافظه فلش NAND است. علاوه بر این، دستگاه حافظه تیم ویژگی های پایداری را از نظر حفظ داده ها نشان داد.

حافظه فلش NAND حالت های حافظه خود را با استفاده از برنامه ریزی پالس مرحله افزایشی (ISPP) برنامه ریزی می کند، که منجر به زمان های برنامه ریزی طولانی و مدارهای پیچیده می شود. در مقابل، دستگاه این تیم از طریق برنامه ریزی یک شات با کنترل سوئیچینگ قطبش فروالکتریک به برنامه ریزی سریع دست می یابد.

پروفسور Jang-Sik Lee از POSTECH اظهار داشت: "ما پایه های تکنولوژیکی را برای غلبه بر محدودیت های دستگاه های حافظه موجود ایجاد کرده ایم و یک جهت تحقیقاتی جدید برای حافظه فروالکتریک مبتنی بر هافنیا ارائه کرده ایم." وی افزود: "از طریق تحقیقات بعدی، هدف ما توسعه دستگاه های حافظه کم مصرف، پرسرعت و با چگالی بالا است که به حل مسائل مربوط به قدرت در مراکز داده و برنامه های کاربردی هوش مصنوعی کمک می کند."

این تحقیق با حمایت پروژه نسل بعدی توسعه فناوری نیمه هادی هوشمند وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات (بنیاد تحقیقات ملی کره) و سامسونگ الکترونیکس انجام شد.