Elettronica > Memorie non volatili a semiconduttore su scala nanometrica basate sul cambiamento di fase

Abstract del Progetto

Il progetto ha come oggetto le memorie non volatili a cambiamento di fase. Tali memorie sono basate sulla capacità di un materiale calcogenuro (Ge2Sb2Te5) di cambiare la propria fase da cristallina ad amorfa e viceversa a seguito di operazioni elettriche di scrittura, e sono emerse nell’ultimo quinquennio come promettente alternativa alla tecnologia convenzionale di memoria non volatile, la cella Flash. Il progetto intende studiare, con metodo scientifico rigoroso basato su modellistica fisico-strutturale del materiale attivo nelle sue diverse fasi e modellistica elettro-termica delle celle di memoria, i limiti ultimi di scalabilità e di affidabilità di questa tecnologia. Tale sforzo si giustifica con il pressante bisogno di qualificare le diverse alternative di memoria in base alla rispettiva capacità di soddisfare i requisiti di scaling per diverse generazioni tecnologiche, in modo da giustificare l’enorme investimento industriale di ricerca e sviluppo.
Questo Progetto è strutturato in due distinti Workpackage (WP), precisamente WP1 – Modellistica fisico-strutturale del materiale a cambiamento di fase e WP2 – Modellistica elettro-termica della cella di memoria a cambiamento di fase. Il WP1 sarà a carico dell’unità CNR-ISTM, con competenze in materia di modellistica numerica della struttura di materiali solidi e loro proprietà di trasporto, mentre il WP2 sarà condotto dall’unità Polimi-DEI, dal riconosciuto expertise nell’ambito della modellistica elettrica e quantistica di memorie non-volatili a scala nanometrica.
Il progetto è in fase di rendicontazione.

Simulazione elettrotermica della programmazione in un array a cambiamento di fase. L’aumento di temperatura attorno al bit programmato è valutato per predire possibili effetti di disturbo in celle adiacenti.

Risultati del progetto ed eventuali pubblicazioni scientifiche/brevetti

Dall’attività di modellistica fisica-strutturale, si prevede innanzitutto di chiarire la struttura geometrica e a bande del GST, nella sua fase cristallina stabile e metastabile. Per quanto riguarda la fase amorfa, verranno studiate diverse ipotesi strutturali locali e l’evoluzione geometrica ed energetica lungo la transizione di fase da struttura cristallina metastabile a quella amorfa e viceversa. Si svilupperà un modello elettro-termico che verrà applicato alla struttura di cella in modo da chiarire le leggi fisiche di scaling delle correnti di programmazione e la distanza minima tra celle prime vicine nella matrice di memoria. Infine, verrà condotto uno studio statistico dell’affidabilità in ritenzione di celle a cambiamento di fase, per chiarire i reali margini di affidabilità della tecnologia.