Samsung разработала флэш-память будущего — сверхплотную и с минимальным энергопотреблением

В недавней публикации в журнале Nature исследователи из Samsung и их австралийские коллеги сообщили о разработке флэш-памяти NAND будущего, которая будет потреблять значительно меньше энергии при сохранении высокой плотности. Их новая разработка сочетает в себе лучшие полупроводниковые разработки последних 20 лет — сегнетоэлектрические затворы и оксидные полупроводниковые каналы — буквально представляющие собой флэш-память будущего.

Несмотря на высокую плотность, современная флэш-память NAND страдает серьезным недостатком: высоким энергопотреблением из-за необходимости высоких напряжений записи и стирания (15–20 В). Исследователи из Южной Кореи предложили радикальное решение: заменить традиционные плавающие затворы сегнетоэлектрическими полевыми транзисторами (FeFET) с диэлектриком из оксида гафния, легированного цирконием (HfZrO2), и каналом из оксида полупроводника (типа IGZO). Это позволило снизить рабочие напряжения при доступе к строке ячеек подряд до существенно низких значений (4–6 В), что существенно снизило потребление памяти.

Сегнетоэлектрики, и в частности память FeRAM (известная в зарубежной литературе как сегнетоэлектрики), уже давно разрабатываются и даже производятся как альтернатива флэш-памяти NAND. Основная проблема FeRAM — сложность уменьшения площади ячейки. К сожалению, Samsung не предоставила точных характеристик новой памяти. Ожидается, что все основные проблемы будут решены к началу производства. Что касается оксидно-полупроводникового канала под затвором ячейки памяти, то технология IGZO компании Sharp хорошо зарекомендовала себя при производстве дисплеев с низким энергопотреблением и высоким разрешением. Короче говоря, обе технологии способны совершить прорыв в области энергоэффективной флэш-памяти NAND.

Вкратце, в Samsung поясняют, что новая архитектура продемонстрировала выдающуюся производительность: поддержку многоуровневого хранения данных до 5 бит на ячейку (32 уровня напряжения/заряда), сохранение данных более 10 лет, долговечность более 10⁵ циклов и энергопотребление на операцию записи/стирания строки, что на 96% ниже, чем у традиционной 3D NAND. Кроме того, технология полностью совместима с существующими КМОП-процессами и обеспечивает вертикальное наложение 3D-слоев с длиной канала всего 25 нм без какого-либо ухудшения производительности.

Эта новая память проложит путь к созданию нового поколения энергонезависимой памяти со сверхнизким энергопотреблением. Эта память идеально подходит для мобильных устройств, носимых устройств, Интернета вещей, а также энергоэффективных центров обработки данных и систем искусственного интеллекта, значительно снижая как стоимость владения, так и углеродный след вычислительной инфраструктуры.

Напомним, что Kioxia и SanDisk готовят флэш-память с рекордной плотностью: почти 5 ГБ на квадратный миллиметр.