Группа, в которую вошли исследователи из японского Национального института науки и передовых технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST), университета Нагои (Nagoya University) и ассоциации Low-power Electronics Association & Project (LEAP), создала опытные образцы топологической памяти TRAM (topological-switching RAM), нового типа памяти на основе фазовых переходов, изготовленной на основе кристаллической решетки сложного сплава GeTe/Sb₂Te₃.

Кроме этого,

образцы памяти нового типа продемонстрировали крайне высокие показатели энергетической эффективности, что может привести к появлению высокоскоростных устройств хранения данных, таких, как SSD-диски, потребляющих при своей работе совсем незначительное количество энергии.

Рис. 1.

Напомним нашим читателям, что память на основе фазовых переходов работает за счет перехода материала активного участка ячейки памяти из кристаллического в аморфное состояние и наоборот под воздействием электрического тока с определенными параметрами.

В топологической памяти TRAM сопротивление активного участка ячейки памяти происходит за счет перемещения в кристаллической решетке атомов германия (Ge) на небольшое расстояние.

Идея создания памяти подобного типа была обнародована представителями ассоциации LEAP в декабре 2013 года, а уже в июне 2014 года при помощи обычной CMOS-технологии были созданы первые образцы TRAM-памяти, которая продемонстрировала превосходные энергетические показатели по сравнению с другими типами памяти на основе фазовых переходов.

Рис. 2.

Используя первый опытный образец TRAM-памяти, и проведя анализ структуры его кристаллической решетки при помощи электронного микроскопа, исследователи оптимизировали структуру ячеек памяти, что позволило улучшить ряд их характеристик по сравнению с первыми образцами.

Ключом этих изменений стала новая структура кристаллической решетки, основанная на расчетной модели перемещения атомов германия, которая требует незначительного количества энергии для перемещения этих атомов. Такой подход позволил снизить рабочее напряжение до 0.7 Вольта, на 30 процентов, и рабочий ток до 55 мкА, на 50 процентов, по сравнению с аналогичными характеристиками ячеек TRAM-памяти предыдущего поколения. Кроме этого в 4 раза было уменьшено значение тока стирания и записи, что позволило существенно поднять скорость записи и снизить расход энергии в момент записи и стирания.

Рис. 3.

Более того, исследователи изготовили несколько различных вариантов ячеек TRAM-памяти, используя наборы материалов, имеющих разные показатели удельной теплопроводности. Измерения характеристик изготовленных ячеек показало, что

рабочее напряжение этих ячеек практически не зависит от используемых материалов, в отличие от других типов памяти на фазовых переходах, рабочее напряжение которых сильно зависит от удельной теплопроводности их материалов.

Специалисты ассоциации LEAP полагают, что устройства хранения на основе TRAM-памяти найдут применение в первую очередь в информационных центрах большого масштаба.

Этому максимально будет способствовать то, что скорость работы TRAM-памяти почти в 100 раз превышает скорость работы самых лучших образцов современной NAND flash-памяти, и, благодаря этому, один TRAM-чип по объему и производительности сможет заменить до 64 чипов обычной flash-памяти.