Исследователи из Samsung опубликовали подробный отчёт об экспериментальной архитектуре NAND, которая позволяет сократить энергопотребление на 96%.
Работа «Сегнетоэлектрический транзистор для флэш-памяти NAND с низким энергопотреблением» была выполнена исследователями из Технологического института Samsung и опубликована в журнале Nature. В ней описывается конструкция сегнетоэлектрического полевого транзистора (FeFET), предназначенная для будущей 3D-памяти NAND. Она сочетает в себе сегнетоэлектрик на основе гафния с оксидно-полупроводниковым каналом и обеспечивает работу с почти нулевым напряжением, что позволяет снизить энергопотребление на 96 %.
Сначала исследователи продемонстрировали это на плоских матрицах, работающих с глубиной до пяти бит на ячейку, а затем на короткой четырёхслойной вертикальной цепочке, имитирующей трёхмерную геометрию NAND. Центральные вентили в этой структуре имеют размер 25 нанометров, как и в современных коммерческих устройствах. Группа учёных определила специфический для NAND показатель энергопотребления.
Смоделировав эти затраты для полного стека, исследователи пришли к выводу, что 286-слойное устройство на основе сегнетоэлектрической конструкции может снизить совокупную энергию, затрачиваемую на программирование и считывание, примерно на 94 % по сравнению с обычным стеком с ловушками заряда той же высоты. При использовании 1024 слоёв снижение составляет 96 %.
Эксперименты также охватывают вопросы сохранения данных и ограничений по количеству циклов. В плоском исполнении сегнетоэлектрические ячейки поддерживают широкий диапазон памяти и демонстрируют пятиуровневое программирование, хотя долговечность при такой плотности невелика. Конфигурация класса PLC выдерживает несколько сотен циклов, а эквивалентная конфигурация класса QLC — около тысячи как при комнатной температуре, так и при 85 °C. Авторы отмечают, что для производства полноценного трёхмерного массива потребуется дальнейшая разработка. Они также отмечают, что поведение оксидного канала при высокотемпературных нагрузках остаётся ключевым направлением для дальнейших исследований.