В Samsung разработали флеш-память будущего — сверхплотную и на крохах энергии

В свежей публикации в журнале Nature исследователи из Samsung с коллегами из Австралии сообщили о разработке NAND-флеш памяти будущего, которая будет потреблять намного меньше энергии и при этом останется высокоплотной. В новой разработке они объединили лучшие полупроводниковые проекты последних 20 лет — затворы из сегнетоэлектриков и каналы из оксидных полупроводников, буквально представив флеш-память будущего.

Несмотря на высокую плотность, современная NAND-флеш память обладает серьёзным недостатком — высоким энергопотреблением из-за необходимости больших напряжений записи и стирания (15–20 В). Исследователи из Южной Кореи предложили радикальное решение: заменить традиционные плавающие затворы на сегнетоэлектрические полевые транзисторы (FeFET) с диэлектриком из легированного цирконием оксида гафния (HfZrO) и каналом из оксидного полупроводника (например, IGZO). Это позволило снизить рабочие напряжения при обращении к цепочке ячеек в строке до сверхнизких значений (4–6 В) и, тем самым, значительно понизило потребление памяти.

Сегнетоэлектрики и память FeRAM в частности (в иностранной литературе они называются ферроэлектриками) давно разрабатываются и даже производятся как альтернатива NAND-флеш. Главная проблема FeRAM — сложности с уменьшением площади ячейки. Компания Samsung, к сожалению, не приводит точных данных о характеристиках новой памяти. Можно рассчитывать, что к началу производства новой памяти все основные проблемы будут решены. Что касается канала из оксидного полупроводника под затвором ячейки памяти, то та же технология IGZO компании Sharp отлично себя проявила при производстве малопотребляющих дисплеев с высочайшим разрешением. Одним словом, обе технологии способны создать прорыв на фронте энергоэффективной NAND.

Вкратце Samsung поясняет, что новая архитектура продемонстрировала выдающиеся характеристики: поддержку многоуровневого хранения данных до 5 бит на ячейку (32 уровня напряжения/заряда), сохранение данных более 10 лет, выносливость свыше 10⁵ циклов и энергопотребление на операцию записи/стирания в строке на 96 % ниже, чем у классической 3D NAND. При этом технология полностью совместима с существующими CMOS-процессами и допускает вертикальную 3D-компоновку слоёв с длиной канала всего 25 нм без ухудшения параметров.

Новая память откроет путь к созданию сверхэкономичной энергонезависимой памяти нового поколения. Такая память идеально подойдёт для мобильных устройств, носимой электроники, интернета вещей, а также для энергоэффективных дата-центров и систем искусственного интеллекта, существенно снижая как стоимость владения, так и углеродный след вычислительной инфраструктуры.