COMUNICATO STAMPA
I ricercatori di IBM, Macronix, Qimonda hanno annunciato oggi i risultati di una ricerca congiunta che aumenta le aspettative su di un nuovo tipo di memoria per computer che potrebbe sostituire le flash memory, ora ampiamente utilizzate nei computer e nell’elettronica di consumo, in particolare nelle macchine fotografiche digitali e nei riproduttori di musica portatili.
Questo progresso fa prevedere il futuro successo della memoria “phase-change”, che sembra essere molto piu rapida, può assumere dimensioni più piccole di una flash, e può rendere possibile la realizzazione di dispositivi di memoria “non volatiti” ad alta densità di futura generazione e congegni elettronici più potenti. Le memorie non volatili non hanno bisogno di energia elettrica per conservare le informazioni. Combinando la non volatilità con buone prestazioni e affidabilità, questa tecnologia “phase-change” potrà aprire la strada ad una memoria universale per le applicazioni mobili.
Da un lavoro congiunto dei vari laboratori di ricerca IBM negli Stati Uniti è stato progettato, costruito e realizzato un prototipo di memoria “phase-change” che commuta 500 volte più velocemente di una memoria flash, utilizzando meno della metà dell’energia per scrivere le informazioni in una cella. La sezione del dispositivo ha dimensioni minuscole, di 3 per 20 nanometri, molto più piccola delle flash che possono essere prodotte al giorno d’oggi, ed ha dimensioni equivalenti ai chip industriali previsti per il 2015. Questo nuovo risultato mostra che, al contrario dei flash, la tecnologia di memoria “phase-change” può migliorare al diminuire delle dimensioni secondo la legge di Moore.
Il nuovo materiale è un semiconduttore formato da una lega complessa ed è il risultato di una ricerca approfondita condotta dal Centro di Ricerca IBM Almaden a San Jose, in California. E’ stata progettata con l’aiuto di simulazioni matematiche di uso specifico nelle celle di memoria “phase-change”.
I dettagli tecnici di questa ricerca verranno presentati questa settimana durante il Meeting internazionale di Dispositivi Elettronici 2006 dell’Istituti di Elettronica e Ingegneria Elettrica a San Francisco.
Una cella di memoria di un computer immagazzina le informazioni – sotto forma di cifre “zero” o “uno” – in una struttura che può rapidamente essere commutata tra due stati facilmente distinguibili. La maggior parte delle attuali memorie è basata sulla presenza o sull’assenza di carica elettrica, contenuta in una limitata ed estremamente piccola regione della cella. Le tipologie di memoria più veloci e più economiche – rispettivamente SRAM e DRAM – utilizzano celle di memoria a dispersione intrinseca, in modo da poter essere alimentate con continuità e, nel caso di una DRAM, essere anche rinfrescate frequentemente. Queste memorie “volatili” perdono le informazioni immagazzinate ogni volta che l’alimentazione elettrica viene interrotta.
La maggior parte delle memorie flash attualmente utilizzate ha una cella di conservazione della carica del tipo “floating gate”, progettata per non scaricarsi. Il risultato è che la memoria flash conserva i dati immagazzinati e ha bisogno di alimentazione solo per leggere, scrivere o cancellare le informazioni. Questa caratteristica di “non-volatilità” rende la memoria flash molto comune nei dispositivi elettronici portatili alimentati a batteria. La conservazione dei dati di tipo non volatile sarebbe anche un grande vantaggio nelle applicazioni generali dei computer, ma la scrittura dei dati su una memoria flash risulta essere migliaia di volte più lenta rispetto ad una DRAM o una SRAM. Inoltre, le celle di una memoria flash sono soggette a degrado e diventano non affidabili dopo circa 100,000 operazioni di sovrascrittura. Ciò non rappresenta un problema per l’utilizzo da parte della maggior parte degli utenti, ma costituisce comunque un altro collo di bottiglia per l’utilizzo delle memorie flash in applicazioni che richiedono una frequente sovrascrittura, quali ad esempio le memorie principali dei computer o le memorie buffer delle reti o dei sistemi di conservazione dei dati. Un terzo dubbio per il futuro delle memorie flash è che potrebbe diventare estremamente difficile mantenere non-volatile il loro attuale design delle celle dato che la Legge di Moore ne restringe le dimensioni minime di configurazione a meno di 45 nanometri.
Il successo del progetto congiunto IBM/Macronix/Qimonda sulla memoria a cambiamento di fase è importante perché presenta un nuovo materiale non-volatile a cambiamento di fase che può commutare più di 500 volte più velocemente di una memoria flash, con meno della metà di consumo energetico e, in modo ancora più significativo, ottiene queste straordinare proprietà quando viene ridotto almeno fino al nodo dei 22-nanometri, due generazioni di chip-processing oltre il previsto muro delle memorie flash a floating-gate.
Il cuore della memoria a cambiamento di fase è un minuscolo frammento di una lega di semiconduttore che può rapidamente passare da un’ordinata fase cristallina, a bassa resistenza elettrica, ad una disordinata fase amorfa con resistenza elettrica molto più elevata. Dato che per mantenere ciascuna fase del materiale non è richiesta energia elettrica, la memoria a cambiamento di fase è di tipo non volatile.
La fase del materiale viene stabilita dall’ampiezza e dalla durata di un impulso elettrico che riscalda il materiale stesso. Quando il materiale viene riscaldato ad una temperatura immediatamente superiore a quella di fusione, gli atomi energizzati della lega si muovono secondo traiettorie casuali. L’improvvisa interruzione dell’impulso elettrico congela gli atomi in una fase amorfa casuale, mentre la graduale diminuzione dell’impulso – al di sopra di circa 10 nanosecondi – lascia tempo sufficiente agli atomi per ridisporsi nella ben ordinata fase cristallina preferenziale.
Il nuovo materiale della memoria è una lega germanio-antimonio (GeSb) cui sono stati addizionate piccole quantità di altri elementi (miscelati) per aumentarne le proprietà. Studi di simulazione hanno consentito ai ricercatori di regolare e ottimizzare le proprietà del materiale e di studiare i dettagli del suo comportamento di cristallizzazione. E’ stato richiesto un brevetto sulla composizione del nuovo materiale.
