ANTIMON ALAPÚ, EGYETLEN ELEMBŐL ÁLLÓ FÁZISVÁLTÓ MEMÓRIÁT FEJLESZTENEK

A kutatók régóta végeznek fejlesztéseket a fázisváltáson alapuló memóriafajták terén, ám a munkát eddig alaposan megnehezítette, hogy többnyire több anyagból álló keverékekkel dolgoztak. A speciális keverékre támaszkodó memóriáknál pedig problémát jelent, hogy a méret csökkentésével egyre érzékenyebbé válnak a keverék helyi eltéréseire, amelyeknek köszönhetően a cellák tulajdonságai is romlanak.

Annak érdekében, hogy a több anyagból álló keverékek negatív tulajdonságait száműzzék, a kutatók egy új anyag, az antimon felé fordultak, ami a félfémek közé sorolható. Az Sb vegyjelet viselő, 51-es rendszámmal rendelkező, ezüstszürke csillogó ásványként előforduló anyag az első tesztek során jól teljesített. Ahogy a többi fázisváltó memóriánál, úgy itt is az amorf és a kristályos állapot képviseli a 0 és az 1 bitet, az anyagoknak pedig nincs szükségük folyamatos tápellátásra az aktuális állapot megőrzéséhez, vagyis nem-illékony típusúak. A különböző állapotok között elektromos impulzusokkal lehet váltani.

Az IBM Research-Zurich és az RWTH Aachen University kutatói a kísérletek során 3 és 10 nm közötti vastagságú antimon filmrétegeket hoztak létre, amelyeket 40 és 200 nm közötti vastagsággal rendelkező szilíciumoxid filmrétegek közé helyezték.

A szilíciumoxid film ebben a környezetben elektromos- és hőszigetelő anyagként viselkedett, segítségével 50 nanoszekundum alatt lehetett váltani az antimon kristályos és amorf állapota között. Ez az érték eléggé lassú a mai memóriákhoz képest, hiszen ha azokkal szeretnének versenyezni a kutatók, akkor 10 nanoszekundum körüli sebességet kéne elérniük.

Az antimon esetében eddig egyébként meglehetősen nehéz volt az amorf állapot előállítása, ugyanis az antimon szobahőmérsékleten meglehetősen gyorsan kristályos formára vált. Éppen ezért a kutatók az olvasztott antimont meglehetősen gyorsan, 10¹⁰ kelvin/másodperc sebességgel hűtötték le, az így létrejött amorf antimon pedig közel 51 órán át maradt stabil 20 Celsius fokos hőmérsékleten.

Ez így elsőre nagyon jól hangzik, ám a gyakorlati alkalmazást jelenleg két komoly kihívás is nehezíti. Az egyik az állapotok közötti lassú váltás (50 ns), a másik pedig az, hogy az elektromos eszközök belsejében tapasztalható 60-70 Celsius fokos üzemi hőmérsékleten csak 100 másodpercig marad stabil az antimon, azaz jelenlegi formájában még nem áll készen a bevetésre.

Ahhoz ugyanis, hogy a DRAM és SRAM típusú memórialapkákkal egyaránt felvehesse a versenyt, gyorsabban kell váltania az amorf és a kristályos állapotok között, valamint sokkal tovább kell megőriznie a stabilitását magasabb hőmérsékleten.

A tapasztalatok a kutatók szerint ugyanakkor szemfelnyitó hatással is bírnak, hiszen rámutatnak, hogy az olyan, antimonhoz hasonló anyagok is jók lehetnek a fázisváltó memóriák készítéséhez, amelyekről eddig azt gondolták, nem praktikusak efféle felhasználásra – főként a gyenge üvegformáló képességük miatt.

A kutatások tehát tovább folytatódnak, így remélhetőleg hamarosan ütőképesebb fázisváltó memóriákkal is előállhatnak a szakemberek.