La mémoire non volatile 2D peut-elle remplacer la SRAM ?
Des chercheurs chinois ont mis au point une mémoire flash non volatile capable d’écrire en seulement 400 ps soit nettement moins que la mémoire SRAM à haute vitesse actuelle. Mais cette mémoire peut-elle rivaliser avec la SRAM dans les puces intégrées ?
La cellule de mémoire mise au point à l’université Fudan de Shanghai utilise une structure 2D avec un canal en graphène ou un canal en diséléniure de tungstène avec une technique d’injection à chaud.
L’une des principales questions que soulève l’utilisation d’une telle structure pour la mémoire est celle de l’endurance, en particulier avec des couches d’un atome d’épaisseur. L’équipe de Fudan fait état d’une endurance robuste de 5,5 millions de cycles, ce qui est nettement supérieur à la mémoire flash non volatile à base de silicium. Toutefois, ce chiffre est nettement inférieur à celui des cellules SRAM, qui sont généralement constituées de six transistors. En comparaison, les mémoires FRAM ferroélectriques intégrées actuelles ont une endurance de1015 cycles.
L’extrapolation des données indique également une durée de stockage de plus de 10 ans pour la mémoire non volatile.
Il ne s’agit pas d’une recherche isolée. Une équipe du département de science des matériaux et de métallurgie de l’université de Cambridge collabore avec Paragraf, pionnier du graphène, pour mettre au point des procédés de dépôt de matériaux ferroélectriques sur le graphène afin de produire de nouveaux dispositifs de mémoire. Cela pourrait réduire la consommation d’énergie d’un facteur 10 par rapport à la technologie actuelle des dispositifs de mémoire.
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La mémoire flash à canal de Dirac graphène 2D est basée sur un mécanisme amélioré d’injection de porteurs chauds sur une pile de mémoire en nitrure de bore hBN/HfO2/Al2O3. Ce mécanisme prend en charge l’injection d’électrons et de trous pour atteindre une vitesse de 400 pico-secondes avec une tension de programmation de 5 V. Cette vitesse est supérieure à celle d’une cellule SRAM. C’est plus rapide qu’une cellule SRAM avec la même longueur de canal et cela évite le besoin d’une pompe de charge pour la programmation qui est nécessaire dans une mémoire flash en silicium.
En combinant la structure de bande de Dirac bidimensionnelle et les caractéristiques de transport balistique, et en modulant la longueur gaussienne du canal bidimensionnel, les chercheurs ont réalisé la super-injection de la charge du canal dans la couche de stockage.
« Le comportement d’injection traditionnel a un point extrême d’injection, alors que la super-injection est une injection infinie. Le mécanisme de super-injection 2D a poussé la vitesse de la mémoire non volatile jusqu’à sa limite théorique, redéfinissant ainsi les frontières des technologies de stockage existantes », a déclaré Liu Chunsen, un autre chercheur de l’équipe.
La prochaine étape consistera à réduire la longueur du canal de graphène de 200 nm, ce qui permettra d’obtenir des vitesses d’écriture encore plus rapides. L’amélioration de l’endurance serait également une étape clé pour l’utilisation de la technologie dans les puces intégrées.
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