Les chercheurs sont toujours à la recherche de nouvelles méthodes de création de mémoire non volatile pour mieux stocker les données même lorsque l’alimentation est coupée. En théorie, une machine qui n’utilise que de la mémoire non volatile, par opposition à une combinaison d’éléments volatils et non volatils, ne nécessite aucun démarrage.

Malheureusement, la mémoire volatile a tendance à être beaucoup plus rapide et peu coûteuse grâce à l’utilisation de transistors, ce qui la rend mieux adaptée à la RAM que son homologue non volatile.

Cellule DRAM volatile standard. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Université de Michigan

Une technologie vers laquelle les chercheurs se sont tournés pour la mémoire non volatile rapide et peu coûteuse est celle de la jonction tunnel ferroélectrique (FTJ).

RAM ferroélectrique (FRAM)

La mémoire ferroélectrique est une forme de mémoire où les informations sont stockées dans des polarisations ferroélectriques. En termes simples, les matériaux ferroélectriques ont une polarisation électrique spontanée qui peut être inversée par l’application d’un champ électrique externe.

Lorsque la polarisation ferroélectrique de ces matériaux s’inverse, elle facilite ou inhibe la circulation du courant. Cette caractéristique marche / arrêt est la façon dont les informations numériques – 1 ou 0 – sont stockées. Cette technologie est communément appelée RAM ferroélectrique (FRAM).

Cellule FRAM. Capture d’écran utilisée avec l’aimable autorisation de Puce électronique

Une cellule FRAM utilisera un condensateur ferroélectrique, qui stocke la polarisation, et un transistor de passage pour lire l’état. C’est très similaire à une cellule DRAM, sauf qu’elle ne nécessite pas d’actualisation, ce qui en fait une technologie non volatile.

La jonction du tunnel ferroélectrique

Afin de miniaturiser cette technologie afin qu’elle soit compatible avec les nœuds CMOS actuels, les scientifiques se tournent vers la jonction tunnel ferroélectrique. Dans un FTJ, deux électrodes métalliques sont séparées par une fine couche ferroélectrique, et l’état marche / arrêt est déterminé par leur électrorésistance tunnel (TER). Ici, le TER est affecté par la différence de potentiel à travers la barrière ferroélectrique, avec un coefficient de transmission et d’atténuation à travers l’interface.

Disposition FTJ. Image utilisée avec l’aimable autorisation du Université du Nebraska-Lincoln

Les FTJ offrent une très faible consommation d’énergie et une vitesse d’écriture rapide, et sont donc prometteurs pour le développement d’applications de mémoire et de calcul.

Cependant, l’un des principaux inconvénients de la technologie FTJ est le manque de fiabilité. Historiquement, Les FTJ ont une petite modulation de hauteur de barrière d’environ 0,1 eV, selon des recherches récentes. Cela signifie qu’il existe une petite différence détectable entre les différents états d’un FTJ, ce qui le rend difficile à distinguer.

Fusion de FTJ avec van der Waals Materials

Une nouvelle étude financée par l’armée à l’Université de Californie du Sud a mis au point un moyen d’éliminer ce problème de fiabilité.

Des chercheurs de la Viterbi School of Engineering de l’Université de Californie du Sud ont a marié la technologie FTJ avec les matériaux van der Waals et a trouvé des résultats impressionnants. Les matériaux de van der Waals sont ceux avec une forte liaison covalente dans le plan et de faibles interactions entre les couches.

Représentation du nouveau dispositif de mémoire de l’équipe de recherche. Image utilisée avec l’aimable autorisation du École d’ingénierie USC Viterbi

En fusionnant ces deux technologies, les chercheurs ont pu créer un FTJ avec une modulation de hauteur de barrière de 1 eV.

Mémoire ferroélectrique immunisée contre la corruption des données

Avec cette recherche, Publié dans La nature, les scientifiques ont enfin pu créer une mémoire ferroélectrique qui n’est pas sujette à la corruption des données. L’augmentation de la modulation de la hauteur de la barrière permet de distinguer plus facilement les états, ce qui rend la technologie plus fiable.

Han Wang, professeur d’ECE à l’USC, déclare: «Ces matériaux nous permettent de construire des dispositifs qui peuvent potentiellement être dimensionnés à une épaisseur à l’échelle atomique. Cela signifie que la tension requise pour lire, écrire et effacer les données peut être considérablement réduite, ce qui à son tour peut rendre l’électronique de mémoire beaucoup plus économe en énergie.

Cette amélioration de la technologie FRAM pourrait être la clé d’une plus longue durée de vie de la batterie et d’une augmentation des vitesses de téléchargement dans les générations futures d’ordinateurs.