Uusi strategia haihtumattomiin muisteihin

Tekoälyn ja datakeskeisen laskennan nopea laajeneminen on paljastanut perinteisten von Neumann -arkkitehtuurien perustavanlaatuisia rajoituksia, joissa toistuva datansiirto logiikka- ja muistiyksiköiden välillä johtaa vakavaan energiatehottomuuteen ja latenssipullonkauloihin.

Haihtumattoman muistin konseptit, jotka mahdollistavat varauksen kuljetuksen suoran moduloinnin, erityisesti ferroelektriset tunnelointiliitokset (FTJ), ovat herättäneet kasvavaa huomiota mahdollisina rakenneosina energiatehokkaalle muistille ja neuromorfiselle piireille.

Ferrosähköiset tunneliliitokset voisivat mahdollistaa kompaktien ja pienitehoisten haihtumattomien muistien valmistuksen, mutta ferrosähköisten esteiden kutistuminen yleensä lisää vuotoa, kun taas paksummat esteet heikentävät luennan signaalia.

Tämä kompromissi on säilynyt monissa materiaalijärjestelmissä ja piiriarkkitehtuureissa, mikä viittaa siihen, että rajoitus ei ole pelkästään materiaalista riippuvainen, vaan se juontaa juurensa perinteisten FTJ:iden sähköstaattisiin suunnitteluperiaatteisiin.

Matter -lehdessä äskettäin julkaistussa artikkelissa fysiikan laitoksen, Taiwanin kansallisen yliopiston ja yhteistyökumppanien tutkijat tunnistivat van der Waalsin heterorakenteessa sähköstaattisen tilan, jonka mahdollistaa matalatiheyksinen elektrodi ja joka ylittää aiheen kompromissit irrottamalla polarisaation ohjauksen, tunnelointimodulaation ja varausseulonnan toisistaan.

Käyttämällä Bi₂O₂Se:hen, kuusikulmaiseen boorinitridiin ja grafeeniin perustuvaa ferroelektristä puolijohteista tunnelointimuistia he saavuttavat erittäin pienen vuodon ja erittäin korkean resistanssin päälle/pois-suhteen.

Pienen esijännitteen luennassa hallitsee polarisaatiomoduloitu tunnelointi, kun taas suuremman esijännitteen ohjelmoinnissa voi olla mukana kenttäavusteinen varauksenkantajien uudelleenjakautuminen. Grafeenin paksuuden systemaattinen vaihtelu paljastaa resistanssin eksponentiaalisen heikkenemisen, jota säätelee varauksen seulonta.

”Nämä tulokset luovat uuden suunnittelusäännön vähän virtaa kuluttavalle muistille, joka perustuu van der Waalsin ferroelektrisiin tunnelointiheterorakenteisiin”, toteaa vastaava kirjoittaja, professori Yang-Fang Chen Taiwanin kansallisen yliopiston fysiikan laitokselta.

Lisäksi tiimi odottaa, että toteutetulla puolijohteisella ferrosähköisellä materiaalilla on suuri potentiaali optisesti/sähköisesti koodattavien/luettavien muistien kehittämisessä, minkä pitäisi olla erittäin hyödyllistä ja ajankohtaista sekä tieteellisen että teollisen kiinnostuksen herättämiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Erittäin ohuita ferrosähköisiä muistipiirirakenteita

Datan tallennuksen uudet ulottuvuudet

Ferrosähköistä ja topologista muistia