ULTRARAM, la memoria che vuole soppiantare DRAM e NAND, compie un passo avanti fondamentale

ULTRAM, un nuovo tipo di memoria che combina la "non volatilità" (cioè mantiene i dati anche in assenza di energia) di memorie come la NAND flash e la velocità, l'efficienza energetica e la resistenza di una DRAM, compie un passo fondamentale verso una produzione a basso costo e ad alto volume con la realizzazione delle prime soluzioni su substrati in silicio. Ne dà notizia la Lancaster University, rimandando a uno studio pubblicato su Advanced Electronic Materials.

Come riportato lo scorso aprile, ULTRARAM è potenzialmente in grado di assicurare le prestazioni della DRAM, offrendo un'efficienza 100 volte superiore e garantendo la "non volatilità" tipica della NAND, con le informazioni che restano archiviate anche in assenza di energia.

Per raggiungere questi traguardi usa "proprietà uniche dei semiconduttori composti, comunemente usati nei dispositivi fotonici come LED, diodi laser e rivelatori a infrarossi, ma non nell'elettronica digitale, che è appannaggio del silicio", spiegano dalla Lancaster University.

Rappresentazione schematica di ULTRARAM: si notano il ​​gate flottante (FG), la struttura di tunneling risonante a tripla barriera (TBRT) e il canale di lettura. Le frecce indicano la direzione del flusso di elettroni durante le operazioni di programma/cancellazione.

Più precisamente il funzionamento di ULTRARAM si deve a un effetto di meccanica quantistica chiamato "resonant tunnelling" (tunnelling risonante) che consente a una barriera di passare da opaca a trasparente applicando una piccola tensione. In questo modo la funzione d'onda di un elettrone attraversa la barriera di potenziale, proprio come se vi fosse un tunnel.

Un altro elemento importante dalla ULTRARAM è la sua struttura Floating Gate, che ritroviamo nelle memorie NAND flash, ed è quella che consente di mantenere la carica elettrica per lungo tempo (fondamentalmente è un condensatore). La differenza con le comuni NAND è che mentre nelle memorie flash lo stato logico è definito dalla carica - elettroni - immagazzinata all'interno di un Floating Gate, questa memoria universale vede gli elettroni trasportati dentro e fuori il Floating Gate tramite la struttura a tripla barriera risonante (TBRT) formata da eterogiunzioni InAs / AlSb (Arseniuro di indio / Antimonuro di alluminio).

L'implementazione su wafer in silicio è avvenuta grazie alla collaborazione tra i dipartimenti di fisica e ingegneria della Lancaster University e quello di fisica della Warwick University. Manus Hayne, professore del dipartimento di fisica della Lancaster, ha spiegato che questo passaggio è fondamentale per la ricerca su ULTRARAM in quanto "supera le sfide materiali molto significative del grande disadattamento del reticolo cristallino, il passaggio da semiconduttore elementare a semiconduttore composto e differenze nella contrazione termica".

La costante di reticolo di un semiconduttore, come spiega l'Università della Florida Centrale, descrive la spaziatura - in angstrom - degli atomi nel cristallo semiconduttore di tale materiale. "La crescita di diversi materiali semiconduttori uno sopra l'altro crea una regione di confine in cui le due strutture cristalline si incontrano. Se le costanti del reticolo sono sufficientemente diverse, le posizioni non corrispondenti degli atomi nel cristallo ai confini possono causare sollecitazioni, portando a crepe o dislocazioni che si propagano attraverso la struttura. Questo può essere disastroso per la regione attiva, poiché interrompe il super reticolo progettato che definisce la struttura quantistica".

Infine, con grande sorpresa per gli stessi ricercatori, ULTRARAM su substrati in silicio ha superato le precedenti incarnazioni della tecnologia su wafer di semiconduttori composti da arseniuro di gallio (GaAS), dimostrando "tempi di archiviazione dei dati (estrapolati) di almeno 1000 anni, velocità di commutazione elevata (per le dimensioni del dispositivo) e una resistenza senza deterioramento di oltre 10⁷ cicli di programmazione/cancellazione, superiore a molti recenti per dispositivi simili su substrati GaAs, e da cento a mille volte migliore della memoria NAND flash".