Passi avanti verso le memorie universali con una ricerca congiunta tra Russia, USA e Svizzera

Un progetto di ricerca collaborativa tra il Moscow Institute of Physics and Technology, l'University of Nebraska e l'Università di Losanna ha permesso di far crescere una pellicola ultrasottile ferroelettrica su silicio, preparando il terreno alla realizzazione di un materiale adatto alla costruzione di una memoria universale non volatile e per i memristori che possono essere impiegati per la costruzione dei sistemi cognitivi neuromorfici del futuro.

La ricerca di una memoria universale che sostituisca DRAM, SRAM, memorie flash e hard disk è una missione che impegna molti ricercatori attorno al mondo. Questo particolare progetto si differenzia dai molti altri per il vantaggio di poter realizzare la pellicola ferroelettrica usando strumenti convenzionali, comunemente impiegati nella produzione di componenti elettronici.

"La differenza tra il nostro approccio e altri tentativi di crescere pellicole ultrasottili ferroelettriche, in particolare sul silicio, è che possiamo crescere pellicole di una lega ossida di hafnio e zirconio policristallina (invece che epitassiale) che mantiene le proprietà ferroelettriche fino ad uno spessore inferiore i tre nanometri" ha spiegato Andrei Zenkevich, responsabile del laboratorio Functional Material and Devices del MIPT.

La possibilità di rendere questo materiale ferroelettrico compatibile con i substrati di silicio permette di utilizzare i ben collaudati strumenti di produzione CMOS per realizzare giunzioni ad effetto tunnel usando il materiale ferroelettrico. "Usiamo la tecnica Atomic Layer Deposition e usiamo cicli alternati di precursori di hafnio e zirconio, combinati con acqua per crescere un ossido amorfo di hafnio e zirconio con una composizione predefinita" ha proseguito Zenkevich.

Fino ad ora i ricercatori hanno solamente dimostrato la possibilità di fabbricare e caratterizzare il materiale: il prossimo passo riguarda la costruzione di prototipi da usare per dimostrare che l'effetto tunnel possa essere usato per i chip di memoria reale, a fronte di una teoria già comprovata. I bit di informazione vengono conservati tramite l'inversione della polarizzazione attraverso lo strato di hafnio-zirconio, che avviene facendo passare attraverso lo strato una corrente nella giusta direzione.

Il motivo per il quale le giunzioni ad effetto tunnel con un materiale ferrolettrico possano portare ad un tipo di memoria universale è che esse sono molto piccole e possono mantenere il loro valore senza la necessità di consumare enrgia, unitamente al vantaggio di poter essere prodotti con strumenti CMOS convenzionali e di una possibile scalabilità al pari di altri componenti CMOS.

Saranno necessari ancora diversi anni per confermare tutte queste ipotesi, e per quel tempo si sarà già entrati nell'era del computing cognitivo, dove l'ossido di hafnio-zirconio potrebbe essere il cuore dell'elemento memoria delle sinapsi neuromorfiche.