Исследователи повышают производительность устройств памяти на основе гафния, легируя сегнетоэлектрики алюминием

Важные новости

Исследователи повысить производительность устройств памяти на основе гафния за счет легирования сегнетоэлектриков алюминием

Схема сегнетоэлектрического устройства памяти, показывающая поведение QLC и метод работы. Фото: POSTECH

Исследовательская группа значительно увеличила емкость хранения данных сегнетоэлектрических устройств памяти. Используя сегнетоэлектрические материалы на основе гафния и инновационную структуру устройства, их результаты были опубликованы 7 июня в журнале Science Advances.ознаменовали существенный прогресс в технологии памяти. Группу возглавил профессор Джанг-Сик Ли с факультета материаловедения и инженерии и факультета полупроводников Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH).

С экспоненциальным ростом производства и обработки данных благодаря достижениям в области электроники и искусственного интеллекта (ИИ) важность технологий хранения данных резко возросла. Флэш-память NAND, одна из наиболее распространенных технологий массового хранения данных, может хранить больше данных в одной и той же области, располагая ячейки в трехмерной, а не плоской структуре. Однако этот подход основан на использовании ловушек заряда для хранения данных, что приводит к более высоким рабочим напряжениям и более медленным скоростям.

Недавно сегнетоэлектрическая память на основе гафния стала многообещающей технологией памяти следующего поколения. Гафния (оксид гафния) позволяет сегнетоэлектрическим запоминающим устройствам работать при низких напряжениях и высоких скоростях. Однако серьезной проблемой стал ограниченный объем памяти для многоуровневого хранения данных.

Команда профессора Ли из POSTECH решила эту проблему, представив новые материалы и новую структуру устройства. Они повысили производительность устройств памяти на основе гафния за счет легирования сегнетоэлектрических материалов алюминием, создав высокоэффективные тонкие сегнетоэлектрические пленки.

Кроме того, они заменили традиционную структуру металл-сегнетоэлектрик-полупроводник (MFS), в которой Металл и сегнетоэлектрические материалы, из которых состоит устройство, имеют простую структуру с инновационной структурой металл-сегнетоэлектрик-металл-сегнетоэлектрик-полупроводник (MFS).

Команда успешно контролировала напряжение на каждом слое, регулируя емкость сегнетоэлектрических слоев, что включало в себя такие факторы точной настройки, как толщина и соотношение площадей сегнетоэлектрических слоев металл-металл и металл-канал. Такое эффективное использование приложенного напряжения для переключения сегнетоэлектрического материала улучшило производительность устройства и снизило потребление энергии.

Обычные сегнетоэлектрические устройства на основе гафнии обычно имеют окно памяти около 2 вольт (В). Напротив, устройство исследовательской группы достигло окна памяти, превышающего 10 В, что позволило реализовать технологию Quad-Level Cell (QLC), которая хранит 16 уровней данных (4 бита) на единичный транзистор. Оно также продемонстрировало высокую стабильность после более чем одного миллиона циклов и работало при напряжении 10 В или менее, что значительно ниже 18 В, необходимых для флэш-памяти NAND. Кроме того, устройство памяти группы продемонстрировало стабильные характеристики с точки зрения сохранения данных.

Флэш-память NAND программирует свои состояния с помощью пошагового импульсного программирования (ISPP), что приводит к длительному времени программирования и созданию сложных схем. Напротив, устройство команды обеспечивает быстрое программирование за счет однократного программирования путем управления переключением сегнетоэлектрической поляризации.

Профессор Ли из POSTECH прокомментировал: «Мы заложили технологическую основу для преодоления ограничений существующих устройств памяти и предоставили новое направление исследований сегнетоэлектрической памяти на основе гафния». Он добавил: «Благодаря последующим исследованиям мы стремимся разработать устройства памяти с низким энергопотреблением, высокой скоростью и высокой плотностью памяти, способствуя решению проблем с питанием в центрах обработки данных и приложениях искусственного интеллекта».

Дополнительная информация: Ик-Дже Ким и др., Разблокирование больших окон памяти и 16-уровневых операций с данными на ячейку памяти в сегнетоэлектрических транзисторах на основе гафния, Научные достижения (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn1345

Информация журнала: Достижения науки. Предоставлено Пхоханским университетом науки и технологий.

Новости сегодня

Последние новости