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Un impulso a la tecnología de memorias

Las memorias de cambio de fase se encuentran actualmente en una buena posición para servir como apoyo a la nueva generación de dispositivos de memoria no volátil. Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha desarrollado una estructura de modelización numérica que puede ayudar a optimizar las celdas de memoria a escala nanométrica.
Un impulso a la tecnología de memorias
Durante años, los investigadores han buscado un estándar de memorias no volátiles más rápidas que las memorias flash que, a la vez, ofrezca densidades mayores y soporte millones de ciclos de lectura/escritura. Una de las tecnologías más prometedoras en desarrollo es la memoria de cambio de fase.

La memoria de cambio de fase funciona calentando rápidamente vidrio de calcogenuro y haciéndolo cambiar de estado entre sus fases cristalina y amorfa. En su estado amorfo, la estructura tiene una resistencia muy elevada, mientras que en estado cristalino la resistencia es bastante baja. La memoria de cambio de fase puede cambiar rápidamente entre estos dos estados.

La investigación realizada durante el proyecto PCM (Time-domain measurements of phase change memory switching characteristics and investigation of the drift mechanisms for the threshold voltage and reset resistance values) ha ofrecido información valiosa sobre el cambio de fase de una celda de memoria de este tipo.

Para obtener una imagen completa de la dinámica eléctrica, térmica y de cambio de fase en la celda de memoria, los investigadores utilizaron un modelo en 3D de elementos finitos. La complejidad de la dinámica del sistema se abordó construyendo y combinando tres modelos distintos.

El modelo eléctrico se basa en la conductividad eléctrica dependiente de la temperatura y la fase, mientras que el modelo térmico, en el cual el calentamiento por efecto Joule debido a la corriente eléctrico sirve como fuente de calor, se basa en la conductividad térmica dependiente de la temperatura y la fase. El modelo de cambio de fase tiene en cuenta la cinética de la nucleación de cristalitas.

Mediante la combinación de los submodelos en el marco de un enfoque de multifísica, el equipo de PCM pudo predecir la tensión de umbral y la temperatura de recristalización para la conmutación. Con este fin, identificaron las condiciones críticas que dan lugar a la formación de un camino conductor de percolación durante el cambio de fase.

A continuación, se compararon las predicciones numéricas con datos experimentales obtenidos en dispositivos a nanoescala con distintas geometrías obtenidos con la aleación Ge2Sb2Te5 (GST). La investigación de PCM ha mostrado que, para lograr un mayor rendimiento de los dispositivos y una mayor estabilidad a largo plazo, es preferible un estado de resistencia intermedia.

Puesto que no se espera que el rendimiento de las memorias flash pueda aumentar más, puesto que de hecho resulta difícil mantener el rendimiento actual a la vez que aumenta la densidad y se conserva la constante de durabilidad en lectura y escritura, la memoria de cambio de fase es la tecnología más prometedora para la nueva generación de memorias. El paso siguiente es comercializar esta tecnología de memorias.

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Palabras clave

Tecnología de memorias, memoria de cambio de fase, nanoescala, PCM, tensión umbral, recristalización
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