14 سپتامبر 2024 -توسط Ingrid Fadelli، پیاده سازی و شناسایی یک دستگاه حافظه فلش با طول کانال زیر 10 نانومتر. اعتبار: Nature Electronics (2024).
استفاده گسترده از ابزارهای هوش مصنوعی (AI) که برای پردازش مقادیر زیادی داده طراحی شده اند، نیاز به دستگاه های حافظه با عملکرد بهتر را افزایش داده است. راه حل های ذخیره سازی داده که می تواند به نیازهای محاسباتی هوش مصنوعی کمک کند شامل حافظه های به اصطلاح با پهنای باند بالا است، فناوری هایی که می توانند پهنای باند حافظه پردازنده های رایانه را افزایش دهند، سرعت انتقال داده ها را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش دهند.
در حال حاضر، حافظه های فلش برجسته ترین راه حل های حافظه هستند که قادر به ذخیره اطلاعات در هنگام خاموش شدن دستگاه هستند (یعنی حافظه های غیر فرار). با وجود استفاده گسترده، سرعت اکثر فلش مموری های موجود محدود است و عملکرد هوش مصنوعی را به بهترین نحو پشتیبانی نمی کند.
در سال‌های اخیر، برخی از مهندسان تلاش کرده‌اند تا حافظه‌های فلش فوق‌سریع را توسعه دهند که بتوانند داده‌ها را سریع‌تر و کارآمدتر انتقال دهند. مواد دوبعدی (2 بعدی) نویدبخش ساخت این دستگاه های حافظه با عملکرد بهتر است.
در حالی که برخی از دستگاه‌های حافظه فلش کانال بلند که از مواد دوبعدی لایه‌برداری شده مونتاژ شده‌اند، سرعت پردازش فوق‌العاده بالایی دارند، ادغام مقیاس‌پذیر این دستگاه‌ها تاکنون چالش برانگیز بوده است. این امر تاکنون تجاری سازی و استقرار در مقیاس بزرگ آنها را محدود کرده است.
محققان دانشگاه فودان اخیراً رویکرد جدیدی برای ادغام مقیاس پذیر دستگاه های حافظه فلش دو بعدی فوق سریع ابداع کرده اند. این رویکرد، که در مقاله ای در Nature Electronics مشخص شده است، به طور موثر برای ادغام 1024 دستگاه حافظه فلش با بازده بیش از 98٪ استفاده شد.
یونگبو جیانگ، چونسن لیو و همکارانشان در مقاله خود نوشتند: «مواد دو بعدی (2 بعدی) به طور بالقوه می توانند برای ایجاد حافظه فلش فوق سریع استفاده شوند. با این حال، به دلیل مشکلات مهندسی رابط، عملکرد غیرفرار فوق سریع در حال حاضر محدود به مواد دوبعدی لایه‌برداری شده است، و عدم نمایش عملکرد با دستگاه‌های کانال کوتاه وجود دارد. ما یک فرآیند ادغام مقیاس‌پذیر را برای حافظه فلش دو بعدی فوق سریع گزارش می‌کنیم که می‌تواند برای ادغام 1024 دستگاه فلش مموری با بازدهی بیش از 98 درصد استفاده می شود.”
برای ساخت آرایه حافظه فلش فوق سریع خود، محققان از ترکیبی از تکنیک های پردازش، از جمله لیتوگرافی، تبخیر پرتو الکترونیکی، رسوب لایه اتمی حرارتی، تکنیک انتقال به کمک پلی استایرن و فرآیند بازپخت استفاده کردند. به عنوان بخشی از مطالعه اخیر خود، آنها رویکرد پیشنهادی خود را برای ساخت حافظه‌ها با دو پیکربندی پشته حافظه متمایز، که هر دو به بازده بالایی دست یافتند، اعمال کردند.
محققان نوشتند: “ما این رویکرد را با دو پیکربندی مختلف مانع تونل زنی پشته حافظه HfO2/Pt/HfO2 و Al2O3/Pt/Al2O3 و با استفاده از دی سولفید مولیبدن تک لایه رشد یافته در رسوب بخار شیمیایی انتقال یافته نشان می دهیم.
ما همچنین نشان می‌دهیم که طول کانال فلش مموری فوق سریع را می‌توان تا زیر 10 نانومتر کاهش داد، که کمتر از حد فیزیکی فلش مموری سیلیکونی است. دستگاه‌های زیر 10 نانومتر ما ذخیره‌سازی اطلاعات غیرفرار (حداکثر 4 نانومتر) را ارائه می‌کنند.
آزمایش‌های اولیه که توسط جیانگ، لیو و همکارانشان انجام شد، نوید رویکرد آنها را برای ادغام مقیاس‌پذیر حافظه‌های فلش فوق‌سریع با دستیابی به بازده بالا نشان داد. محققان با موفقیت طول کانال حافظه‌های فلش خود را به زیر 10 نانومتر کاهش دادند و دریافتند که این دستگاه‌های زیر 10 نانومتر هنوز سرعت فوق‌العاده‌ای دارند و تا 4 بیت را ذخیره می‌کنند و عدم فرار خود را حفظ می‌کنند.
مطالعات بیشتر می‌تواند از فرآیند یکپارچه‌سازی پیشنهادی تیم برای ساخت آرایه‌های حافظه فلش بر اساس سایر مواد دو بعدی و با پیکربندی‌های پشته حافظه متفاوت استفاده کند. این تلاش‌ها می‌تواند بیشتر به استقرار در مقیاس بزرگ دستگاه‌های حافظه فلش فوق سریع در آینده کمک کند.
