Memórias de próxima geração têm avanço quádruplo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/06/2024

Esquema da nova memória ferroelétrica, com um método de operação que garante armazenamento de nível quádruplo.
[Imagem: POSTECH]

Alem das memórias Flash

Engenheiros coreanos melhoraram substancialmente a capacidade de armazenamento das memórias ferroelétricas, uma das tecnologias mais promissoras para uma nova geração de computadores mais robustos e mais "verdes".

Com o crescimento exponencial na geração e processamento de dados, devido aos avanços na eletrônica e na inteligência artificial, a importância das tecnologias de armazenamento de dados aumentou mais do que o previsto.

A memória flash NAND, uma das tecnologias mais usadas para armazenamento de dados em massa, pode armazenar mais dados na mesma área empilhando células em uma estrutura tridimensional, em vez de plana. No entanto, esta abordagem depende de armadilhas de carga para armazenar os dados, o que resulta em tensões operacionais mais altas e velocidades mais lentas.

Recentemente, memórias ferroelétricas baseadas em háfnia emergiram como uma tecnologia promissora para a próxima geração de dispositivos para armazenamento dentro e fora dos computadores. A háfnia, ou óxido de háfnio, permite que as memórias ferroelétricas operem em baixas tensões e altas velocidades. No entanto, um desafio significativo tem sido a janela de memória limitada para armazenamento de dados multinível.

Ik-Jyae Kim e Jang-Sik Lee, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang, na Coreia do Sul, acabam de dar uma solução para esse problema introduzindo novos materiais e uma nova estrutura da célula de memória.

Comparação dos métodos de programação das memórias ferroelétricas.
[Imagem: Kim/Lee - 10.1126/sciadv.adn1345]

Memória de nível quádruplo

A equipe melhorou o desempenho das células de memória baseadas em háfnia dopando os materiais ferroelétricos com alumínio, criando filmes finos ferroelétricos de alto desempenho. Além disso, eles substituíram a estrutura convencional metal-ferroelétrico-semicondutor (MFS), na qual os materiais metálicos e ferroelétricos que compõem a memória são organizados de forma simples, por uma estrutura inovadora metal-ferroelétrico-metal-ferroelétrico-semicondutor (MFMFS).

As memórias ferroelétricas de háfnia demonstradas anteriormente tinham uma janela de memória de cerca de 2 volts (V). Por sua vez, os protótipos construídos pela equipe alcançaram uma janela de memória superior a 10 V, viabilizando uma tecnologia conhecida como QLC, sigla em inglês para "célula de nível quádruplo", que armazena 16 níveis de dados (4 bits) por transístor.

As células apresentaram alta estabilidade após mais de um milhão de ciclos e operaram em tensões de 10 V ou menos, significativamente inferiores aos 18 V necessários para a memória flash NAND. Além disso, o dispositivo de memória da equipe apresentou características estáveis em termos de retenção de dados.

Novo modo de programação

Outra vantagem incomparável da nova memória está em seu modo de gravação, que é feito em uma única eapa.

As memórias flash NAND registram seus dados usando Programação Incremental por Pulso de Passo (ISPP), o que leva a longos tempos de programação e circuitos complexos. Em comparação, a memória da equipe consegue uma programação rápida por meio de programação única, controlando a comutação da polarização ferroelétrica.

"Nós estabelecemos as bases tecnológicas para superar as limitações dos dispositivos de memória existentes e fornecemos uma nova direção de pesquisa para as memórias ferroelétricas baseadas em háfnia," disse o professor Lee. "Através de pesquisas de acompanhamento, pretendemos desenvolver dispositivos de memória de baixo consumo, alta velocidade e alta densidade, contribuindo para resolver problemas de energia em data centers e aplicações de inteligência artificial."

Mais tópicos