La tecnologia di memoria riceve un’accelerazione
Per anni, i ricercatori hanno cercato standard memoria non volatile che è più veloce di memoria flash offrendo maggiore densità e sopportare milioni di cicli di lettura/scrittura. Una delle più promettenti tecnologie in fase di sviluppo è la memoria a cambiamento di fase. La memoria a cambiamento di fase funziona riscaldando rapidamente vetro calcogenuro e alternandone gli stati cristallino e amorfo. Allo stato amorfo la struttura ha resistenza molto elevata, mentre allo stato cristallino la resistenza è piuttosto bassa. La memoria a cambiamento di fase passare rapidamente tra questi due stati. La ricerca nell’ambito del progetto 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 offerto spunti preziosi sui cambiamenti di fase di tali celle di memoria. Per ottenere un quadro completo delle dinamiche elettriche, termiche e di cambiamento di fase nella cella di memoria, i ricercatori hanno usato un modello agli elementi finiti 3D. La complessità della dinamica del sistema è stata affrontata costruendo e combinando tre modelli differenti. Il modello elettrico si basa sulla conduttività elettrica dipendente da temperatura e fase, mentre il modello termico, dove il l’effetto Joule da correnti elettriche serve come fonte di calore, si basa sulla conducibilità termica dipendente da temperatura e fase. Il modello a cambiamento di fase prende in considerazione la cinetica di nucleazione dei cristalliti. Accoppiando i sottomodelli nell’ambito di un approccio multifisica, il team PCM è stato in grado di predire sia la tensione di soglia, sia la temperatura di ricristallizzazione per la commutazione. A tal fine, gli studiosi hanno identificato le condizioni critiche che portano alla formazione di un percorso conduttivo di percolazione durante il cambiamento di fase. Le previsioni numeriche sono state poi confrontate con i dati sperimentali ottenuti su dispositivi in nanoscala con diverse geometrie realizzati in lega Ge2Sb2Te5 (GST). La ricerca PCM ha dimostrato che uno stato di resistenza intermedia è preferibile per avere superiori prestazioni, nonché stabilità a lungo termine, del dispositivo. Dato che non si prevede un ulteriore aumento delle prestazioni delle memorie flash – e in realtà è difficile mantenere le prestazioni attuali migliorando la densità e mantenendo costante la durevolezza di lettura-scrittura – la memoria a cambiamento di fase è la tecnologia di memoria di nuova generazione più promettente. Il passo successivo sarà quello di immettere questa tecnologia di memoria sul mercato.
Parole chiave
Tecnologia di memoria, memoria a cambiamento di fase, scala nanometrica, PCM, tensione di soglia, ricristallizzazione
