Пам'ять на фазових переходах навчили спрацьовувати за частки наносекунди

Вчені створили енергонезалежну пам'ять на основі фазового переходу з часом запису близько 700 пікосекунд без необхідності попередньої витримки. Це робить її порівнянною за швидкістю зі звичайною енергозалежною пам'яттю з довільним доступом, повідомляють вчені в журналі.

В останні роки в багато комп'ютерів в якості запам'ятовуючого пристрою встановлюють не жорсткі диски, а твердотільні накопичувачі на основі флеш-пам'яті. Між оперативною пам'яттю і флеш-пам'яттю є безліч технічних відмінностей. На відміну від оперативної пам'яті, флеш-пам'ять енергонезалежна, але разом з цим має меншу швидкодію.

В якості альтернативи розробляються кілька типів пам'яті, в тому числі і пам'ять на основі фазових переходів. Її принцип зберігання інформації заснований на переході матеріалу в осередку між кристалічним і аморфним станами. Це дозволяє зберігати інформацію в комірках без постійно доданої напруги, а в деяких випадках зберігати в комірці не тільки бінарні (0 або 1), а й більш складні стани. Однією з проблем такої пам'яті, що заважає їй конкурувати з оперативною пам'яттю типу DRAM і SRAM, є швидкодія.

Зазвичай така пам'ять заснована на використанні німеччина, сурьми і телура. Для переходу з аморфного в кристалічний стан комірка нагрівається і атоми в ньому стають більш рухливими. При цьому в ньому утворюються і розпадаються різні кристалічні зародки. Через стохастичність цього процесу для отримання зародку критичного розміру, достатнього для початку кристалізації всього обсягу, необхідно попередньо витримати матеріал протягом декількох наносекунд, хоча сама кристалізація може проходити набагато швидше.

Група вчених з Німеччини, Китаю і США під керівництвом Фен Жао (Feng Rao) виявила більш оптимальний склад, який дозволяє досягти більш швидкої кристалізації. Вони вирішили підібрати елемент на заміну німеччину в GeSbTe, який відповідав би телуріду сурьми по кристалічній будові, температурі плавлення та іншим показникам. За допомогою теорії функціоналу щільності і зіставлення параметрів кристалічної будови вони вибрали скандій.

Дослідники створили прототип пам'яті на основі Sc_0,2Sb₂Te₃ по 130-нанометровому техпроцесу. З'ясувалося, що час, необхідний для кристалізації матеріалу в комірці при записі становить близько 700 пікосекунд, що приблизно на порядок нижче, ніж у аналогічної комірки на основі Ge₅Sb₂Te₅ з урахуванням попередньої витримки.

Нещодавно дослідники з IBM запропонували незвичайне застосування пам'яті на основі фазових переходів. За рахунок використання пам'яті з проміжними (між 0 і 1) станами вони змогли домогтися не тільки зберігання, але й обробки інформації прямо в чіпі пам'яті.