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Una recente pubblicazione sulla rivista Nature ha rivelato un'innovativa ricerca condotta da Samsung, in collaborazione con colleghi australiani, riguardante lo sviluppo di una memoria NAND flash di nuova generazione. Questa memoria promette di ridurre drasticamente il consumo energetico, pur mantenendo un'alta densità di memorizzazione. La chiave di questa innovazione risiede nella combinazione di due tecnologie all'avanguardia sviluppate negli ultimi vent'anni: i gate ferroelettrici e i canali a semiconduttore di ossido.
Nonostante l'elevata densità raggiunta dalle moderne memorie NAND flash, un limite significativo è rappresentato dall'alto consumo energetico, dovuto alle elevate tensioni necessarie per le operazioni di scrittura e cancellazione, tipicamente tra i 15 e i 20 Volt. I ricercatori coreani hanno proposto una soluzione radicale: sostituire i tradizionali gate flottanti con transistor a effetto di campo ferroelettrici (FeFET), utilizzando un dielettrico in ossido di afnio drogato con zirconio (HfZrO) e un canale in semiconduttore di ossido, come l'IGZO. Questo approccio permette di ridurre le tensioni operative a valori estremamente bassi, tra i 4 e i 6 Volt, abbassando significativamente il consumo energetico complessivo.
I materiali ferroelettrici e le memorie FeRAM sono da tempo oggetto di studio e sviluppo come alternativa alle memorie NAND flash. Tuttavia, una delle principali sfide delle FeRAM è la difficoltà nel ridurre le dimensioni delle celle. Samsung, al momento, non ha fornito dati specifici sulle prestazioni di questa nuova memoria, ma si prevede che le principali problematiche saranno risolte entro l'inizio della produzione. Per quanto riguarda il canale in semiconduttore di ossido sotto il gate della cella di memoria, la tecnologia IGZO, sviluppata da Sharp, ha già dimostrato la sua efficacia nella produzione di display a basso consumo e ad altissima risoluzione. Entrambe le tecnologie, quindi, hanno il potenziale per rivoluzionare il settore delle memorie NAND ad alta efficienza energetica.
Samsung sottolinea che la nuova architettura ha mostrato prestazioni eccezionali, tra cui il supporto per la memorizzazione di dati a più livelli, fino a 5 bit per cella (32 livelli di tensione/carica), una conservazione dei dati superiore a 10 anni, una resistenza di oltre 10⁵ cicli e un consumo energetico per operazione di scrittura/cancellazione inferiore del 96% rispetto alle tradizionali NAND 3D. Inoltre, la tecnologia è completamente compatibile con i processi CMOS esistenti e consente la realizzazione di strutture 3D verticali con canali di soli 25 nm senza compromettere le prestazioni.
Questa nuova memoria apre la strada alla creazione di memorie non volatili di nuova generazione, estremamente efficienti dal punto di vista energetico. Questa tecnologia è ideale per dispositivi mobili, elettronica indossabile, Internet delle Cose (IoT), data center ad alta efficienza energetica e sistemi di intelligenza artificiale (AI), riducendo significativamente sia i costi operativi che l'impronta di carbonio delle infrastrutture di calcolo.
