Impuls dla rozwoju technologii pamięci
Naukowcy latami poszukiwali standardu pamięci nieulotnej, która byłaby szybsza niż pamięć flash, a jednocześnie umożliwiała uzyskanie większej gęstości zapisu i wytrzymała miliony cykli odczytu/zapisu. Do najbardziej obiecujących technologii tego rodzaju należy pamięć PRAM. Działa ona w oparciu o szybkie podgrzewanie szkła chalkogenkowego i przełączanie go między stanem krystalicznym i amorficznym. W stanie amorficznym struktura ma bardzo wysoką oporność, a w krystalicznym oporność jest dość niska. Pamięć PRAM może szybko przełączać się między tymi dwoma stanami. Badania przeprowadzone w ramach projektu PCM (Time-domain measurements of phase change memory switching characteristics and investigation of the drift mechanisms for the threshold voltage and reset resistance values) dostarczyły cennych informacji na temat przemiany fazowej takich komórek pamięci. Aby uzyskać pełen obraz dynamiki elektrycznej, termicznej i przemiany fazowej w komórce pamięci, uczeni wykorzystali trójwymiarowy model elementów skończonych. Ze złożonością dynamiki układu uporano się, opracowując i łącząc ze sobą trzy różne modele. Model elektryczny jest oparty na przewodności elektrycznej zależnej od temperatury i fazy, a model temperatury, w którym źródłem ciepła jest grzanie oporowe przy pomocy prądu elektrycznego, bazuje na przewodności cieplnej zależnej od temperatury i fazy. Z kolei model przemiany fazowej uwzględnia kinetykę nukleacji krystalitów. Łącząc ze sobą poszczególne modele w jeden model wielofizyczny, zespół PCM był w stanie przewidzieć zarówno napięcie progowe, jak i temperaturę rekrystalizacji potrzebne do przełączania. W tym celu zidentyfikowano warunki krytyczne prowadzące do powstania przewodzącej ścieżki perlokacji podczas przemiany fazowej. Następnie przewidywania numeryczne porównano z danymi eksperymentalnymi uzyskanymi podczas badań na nanoskalowych urządzeniach o różnej geometrii, wykonanych ze stopu Ge2Sb2Te5 (GST). Badania przeprowadzone w projekcie PCM dowiodły, że pośredni stan oporności jest najbardziej korzystny dla zwiększenia wydajności urządzeń oraz ich długoterminowej stabilności. Ponieważ przewiduje się, że pojemności pamięci flash nie da się już dalej zwiększać — w rzeczywistości trudno jest utrzymać aktualne parametry przy zwiększeniu gęstości i zachowaniu odporności na cykle odczytu/zapisu — pamięć PRAM jest najbardziej obiecującą technologią pamięci nowej generacji. Kolejnym krokiem będzie wprowadzenie tej pamięci na rynek.
Słowa kluczowe
Technologia pamięci, pamięć PRAM, nanoskalowe, PCM, napięcie progowe, rekrystalizacja
