Coup de neuf pour les dispositifs mémoire
Depuis des années, les chercheurs essaient de trouver de nouvelles technologies afin de réaliser des mémoires non volatiles, plus rapides que les mémoires Flash, d'une densité plus élevée et supportant des millions de cycles d'écriture et de lecture. L'une des solutions les plus prometteuses est d'utiliser des mémoires à changement de phase. La technique consiste à chauffer rapidement un verre de chalcogénure, pour le faire basculer entre les états cristallin et amorphe. Dans ce dernier état, la structure est très résistante, au contraire de l'état cristallin. Un dispositif mémoire à changement de phase peut basculer rapidement entre ces deux états. Les travaux du projet PCM (Time-domain measurements of phase change memory switching characteristics and investigation of the drift mechanisms for the threshold voltage and reset resistance values) se sont traduits par d'importantes informations sur le changement de phases d'un tel dispositif mémoire. Les chercheurs ont utilisé un modèle 3D aux éléments finis pour avoir une bonne idée de la dynamique électrique, thermique et des phases du dispositif mémoire. Afin de gérer la complexité de cette dynamique, ils ont conçu et associé trois modèles. Le modèle électrique s'appuyait sur la conductivité électrique en fonction de la température et de la phase. Le modèle thermique était fondé sur la conductivité thermique en fonction de la température et de la phase (le chauffage étant assuré par effet Joule des courants électriques). Et le modèle de changement de phases tenait compte de la cinématique de la nucléation de cristaux. Les chercheurs de PCM ont couplé ces trois modèles en un seul, ce qui leur a permis de prévoir le voltage de seuil et la température de recristallisation pour la bascule entre les phases. Ils ont ainsi déterminé les conditions critiques d'une voie de percolation conductrice durant le changement de phase. Les chercheurs ont ensuite comparé les prévisions numériques avec les données obtenues expérimentalement sur des dispositifs nanométriques de formes variées, réalisés en alliage GST (Ge2Sb2Te5). Leurs travaux ont montré qu'un état de résistance intermédiaire aboutit à des dispositifs plus performants et plus stables à long terme. Les performances des mémoires Flash ne devraient guère progresser davantage. Il est déjà difficile de les maintenir tout en augmentant la densité et en préservant le nombre de cycles de lecture et d'écriture. Par conséquent, le changement de phase et la technique la plus prometteuse pour la nouvelle génération de mémoires. L'étape suivante et de la rendre commercialisable.
Mots‑clés
Dispositifs mémoire, mémoire à changement de phase, échelle nanométrique, PCM, voltage seuil, recristallisation
