Kinesiska forskare når över 10 miljarder skrivcykler i minnesmaterial
Kinesiska forskare har förlängt livslängden för ett minnesmaterial av nästa generation med 100 gånger, till över 10 miljarder skrivcykler, enligt en studie som publicerats i tidskriften Science, rapporterar South China Morning Post.
Ny forskning vid Xidian University visar att begränsad rörlighet hos kvävevakansdefekter i wurtzit-ferroelektriska material kan förbättra tillförlitligheten hos nästa generations lagringsteknik.
Metoden syftar till att göra en ny typ av minneschip betydligt mer hållbara, vilket potentiellt kan övervinna en stor utmaning för halvledare och deras användning inom högpresterande databehandling samt framtida system för artificiell intelligens. En utmaning som växer i takt med att AI-boomen driver efterfrågan på snabbare och mer avancerade halvledare.
Forskargruppen, från Xidian University i samarbete med City University of Hong Kong och Fudan University, har demonstrerat över 10 miljarder skrivcykler i ferroelektriska material av typen wurtzit, rapporterar South China Morning Post. Materialklassen kan växla mellan två elektriska tillstånd för att lagra data.
Resultatet är omkring 100 gånger högre än den uthållighet som tidigare uppnåtts med samma material. Studien pekar därmed ut en möjlig väg mot mer hållbara ferroelektriska minnen för framtida beräkningssystem.
Kvävevakanser bakom försämringen
Wurtzit-ferroelektriska material, däribland aluminium-skandium-nitrid (AlScN), har under senare år fått uppmärksamhet som potentiella material för nästa generations minnen. De erbjuder snabba växlingstider och kan potentiellt ge låg energiförbrukning. AlScN är dessutom kompatibelt med befintliga processer för halvledartillverkning, vilket kan underlätta integration i framtida minneskretsar.
Materialen har samtidigt haft ett problem med försämring efter upprepade elektriska växlingar. Tidigare AlScN-enheter har typiskt klarat omkring 100 miljoner skrivcykler, vilket är långt under de miljarder cykler som krävs för kommersiell användning.
Forskarna identifierade ansamlingen av så kallade kvävevakanser – platser där kväveatomer saknas i materialets struktur – som en viktig orsak till den snabba försämringen. När dessa defekter förflyttar sig och ansamlas kan de bilda ledande vägar genom materialet, vilket gör att elektricitet läcker och i förlängningen kan orsaka att minnet havererar.
Forskarna löste problemet genom att konstruera en skiktad struktur som begränsar kvävevakansdefekternas rörelse. Genom att hindra defekterna från att förflytta sig och ansamlas kunde försämringen bromsas betydligt.
Resultatet blev att materialet kunde klara mer än 10 miljarder skrivcykler, enligt forskarna.
Tekniken befinner sig fortfarande på laboratoriestadiet, men forskarna menar att resultaten kan bidra till utvecklingen av mer hållbara minneskretsar med hög densitet och låg energiförbrukning.