در دنیای دادهمحور ما، از گوشیهای هوشمندی که در جیب داریم تا مراکز داده عظیمی که هوش مصنوعی را قدرت میبخشند، حافظه فلش NAND قهرمان گمنام ذخیرهسازی است. اما این فناوری ضروری یک نقطه ضعف بزرگ دارد: مصرف انرژی بالای آن. اکنون، یک پیشرفت شگرف در فناوری ترانزیستورها قرار است این وضعیت را تغییر دهد و آیندهای با ذخیرهسازی فوقالعاده کارآمد و با ظرفیت بالا را نوید میدهد. 💡
مشکل اصلی حافظههای فلش NAND
حافظههای NAND سنتی از یک معماری منحصر به فرد به نام ‘رشتهای’ استفاده میکنند که در آن سلولهای حافظه بسیاری به صورت سری به هم متصل شدهاند. برای دسترسی به یک سلول خاص، باید یک ولتاژ بالا، معروف به ‘ولتاژ عبور’، به تمام سلولهای دیگر در آن رشته اعمال شود. این فرآیند مانند این است که برای دیدن یک خانه، مجبور باشید تمام چراغهای یک خیابان را روشن کنید که منجر به اتلاف انرژی قابل توجهی میشود. چالش همواره یک مصالحه دشوار بوده است: اگر این ولتاژ را برای صرفهجویی در مصرف برق کاهش دهید، ‘پنجره حافظه’ کوچک میشود. این پنجره برای ذخیره چندین بیت داده در یک سلول (عملیات چندسطحی) حیاتی است. پنجره کوچکتر به معنای ظرفیت ذخیرهسازی کمتر است، مصالحهای که تولیدکنندگان تمایلی به آن نداشتهاند.
یک راهحل انقلابی: ترانزیستورهای فروالکتریک
پژوهشگران نوع جدیدی از ترانزیستور به نام ترانزیستور اثر میدانی فروالکتریک (FeFET) را معرفی کردهاند که به طرز ماهرانهای این معضل را حل میکند. آنها با ایجاد یک پشته گیت پیچیده متشکل از هافنیای دوپشده با زیرکونیوم و یک کانال نیمههادی اکسیدی، به چیزی دست یافتهاند که پیش از این غیرممکن به نظر میرسید.
این FeFETهای جدید به طور همزمان دو قابلیت برجسته را به نمایش میگذارند:
- 🔋 ولتاژ عبور تقریباً صفر: آنها میتوانند با ولتاژ عبوری تقریباً ناچیز کار کنند، که به معنای صرفهجویی خیرهکننده تا ۹۶ درصد در مصرف انرژی در عملیات سطح رشتهای در مقایسه با همتایان متداول خود است.
- 💾 ظرفیت ذخیرهسازی افزایشیافته: این فناوری جدید نه تنها پنجره حافظه را قربانی نمیکند، بلکه آن را تقویت نیز میکند. این FeFETها میتوانند به قابلیت ذخیرهسازی ۵ بیت در هر سلول دست یابند، عملکردی که با پیشرفتهترین فناوری NAND امروزی برابری میکند و حتی از آن فراتر میرود.
آماده برای آینده: یکپارچهسازی سهبعدی
برای اثبات قابلیت این فناوری برای کاربردهای دنیای واقعی، این تیم با موفقیت پشتههای FeFET را در ساختارهای عمودی و سهبعدی یکپارچه کردند. حتی زمانی که این ادوات تا یک کانال کوتاه و کوچک ۲۵ نانومتری کوچکسازی شدند، خواص الکتریکی قوی و عملکرد با ولتاژ عبور پایین خود را حفظ کردند. این امر مسیر روشنی را برای تولید انبوه این تراشههای حافظه بسیار کارآمد نشان میدهد.
این کار پیشگامانه راه را برای نسل بعدی حافظههای ذخیرهسازی هموار میکند و نویدبخش ظرفیت بیشتر، بهرهوری انرژی برتر و قابلیت اطمینان بهبودیافته است. این یک گام حیاتی رو به جلو برای همه چیز، از مراکز داده پایدارتر گرفته تا لوازم الکترونیکی شخصی با عمر باتری طولانیتر، است. 🚀
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این جهش باورنکردنی در فناوری حافظه، به پژوهش اصلی منتشر شده در مجله Nature مراجعه کنید.