ULTRARAM, la memoria universale che vuole soppiantare DRAM e NAND
A fari spenti ma con grandi aspettative, la memoria universale ULTRARAM compie importanti passi avanti verso lo sviluppo vero e proprio. Lo scorso anno i fisici della Lancaster University (UK) annunciarono di aver inventato una memoria universale capace di cambiare il funzionamento dell’elettronica moderna grazie alla capacità di archiviare le informazioni in modo sicuro ma permetterne al tempo stesso, e facilmente, l’aggiornamento e la modifica.
ULTRARAM è una memoria in grado di combinare tutti i vantaggi di DRAM e NAND Flash, senza però mostrare alcuno svantaggio. Questa soluzione è potenzialmente in grado di assicurare le prestazioni della DRAM, offrendo un’efficienza 100 volte superiore e garantendo la “non volatilità” tipica della NAND, con le informazioni che restano archiviate anche in assenza di energia.
Immagine al microscopio elettronico a scansione di ULTRARAM in un array 2 x 2 bit
Manus Hayne, professore a capo della ricerca, ha spiegato che il funzionamento di ULTRARAM si deve a un effetto di meccanica quantistica chiamato “resonant tunnelling” (tunnelling risonante) che consente a una barriera di passare da opaca a trasparente applicando una piccola tensione. In questo modo la funzione d’onda di un elettrone attraversa la barriera di potenziale, proprio come se vi fosse un tunnel.
Un altro elemento importante dalla ULTRARAM è la sua struttura Floating Gate, che ritroviamo nelle memorie NAND flash, ed è quella che consente di mantenere la carica elettrica per lungo tempo (fondamentalmente è un condensatore). La differenza con le comuni NAND è che mentre nelle memorie flash lo stato logico è definito dalla carica – elettroni – immagazzinata all’interno di un Floating Gate, questa memoria universale vede gli elettroni trasportati dentro e fuori il Floating Gate tramite la struttura a tripla barriera risonante (TBRT) formata da eterogiunzioni InAs / AlSb (Arseniuro di indio / Antimonuro di alluminio).
Dopo avere descritto in un primo studio la possibilità di realizzare un’architettura compatta con un’elevata densità di bit, a distanza di poco più di un anno un esperimento ha visto l’integrazione, per la prima volta, di dispositivi ULTRARAM in piccoli insiemi (array) da 4 bit (2 x 2 bit). Questo ha permesso di verificare sperimentalmente l’architettura alla base di ULTRARAM. Il nuovo studio è stato pubblicato su IEEE Transactions on Electron Devices.
(A sinistra) Schema della sezione trasversale e layer dei materiali; (A destra) Immagine TEM (microscopio elettronico a trasmissione) della struttura epitassiale
I fisici sono intervenuti sul progetto della memoria per sfruttare appieno la fisica del tunnelling risonante, ottenendo soluzioni che sono 2.000 volte più veloci dei primi prototipi e con una durata del ciclo di programmazione / cancellazione (operazione che richiede 2,5V) che è almeno dieci volte migliore della NAND flash, senza compromettere la conservazione dei dati.
“Questi nuovi risultati confermano le sorprendenti proprietà di ULTRARAM e ci consentono di dimostrare il suo potenziale come memoria non volatile veloce, efficiente e ad alta resistenza”, ha concluso il professor Manus Hayne.
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