Flash-память на ферроэлектрических ячейках сделает SSD-накопители надежнее // 18 Ноября 2012

Японские ученые продемонстрировали новую конструкцию ячеек Flash-памяти формата NAND. Ферроэлектрические ячейки Fe-NAND имеют энергонезависимый страничный буфер, что позволит в перспективе создать более быстрые, надежные и долговечные твердотельные SSD-накопители.

Работу над новыми ферроэлектрическими ячейками для энергонезависимой NAND-памяти возглавляют профессор Токийского университета Кен Такеючи (Ken Takeuchi) и Сигеки Сакаи (Shigeki Sakai) из японского Института передовых научных исследований и технологий для промышленности. Главным результатом их работы стало создание ячеек, в которых бинарное состояние определяется поляризацией материала в ферроэлектрическом слое.

Традиционная Flash-память использует электрически изолированный слой плавающего затвора FG (Floating Gate), в котором хранится заряд, регулирующий состояние управляющего затвора CG (Control Gate). В зависимости от проводимости управляющего затвора состояние ячейки принимается равным 1 (затвор закрыт и не проводит ток) или 0 (затвор открыт и проводит ток). Поскольку плавающий затвор окружен изолятором, заряд в нем хранится независимо от внешних условий. Плавающий затвор нельзя соединять с другими частями ячейки, однако из-за эффекта квантового туннелирования электроны все-таки могут уходить из затвора и возвращаться обратно.

Авторы новой Fe-NAND-памяти заменили плавающий затвор на слой материала со свойствами ферроэлектрика (SrBiTaO – оксид стронций-висмут-тантала). Этот материал поддерживает постоянную поляризацию, что позволяет сохранить состояние ячейки без подачи заряда на затвор. Кроме того, поляризация ферроэлектрического слоя требует гораздо меньшего напряжения (6 В), чем переключение плавающего затвора (до 20 В). Исследователи уверены, что их технология позволит существенно продлить срок эксплуатации накопителей с нынешних 100'000 циклов записи на ячейку до 100 миллионов циклов записи без нарушения работоспособности ячеек. Кроме того, специфическая технология изготовления Fe-NAND-памяти позволяет уменьшить размеры ячеек до 10 нанометров и далее – ячейки обычной Flash-памяти при таких размерах теряют свои свойства.

Вдобавок к новому затвору в ячейках памяти, японские ученые предложили собственный алгоритм для повышения быстродействия Flash-памяти. Страничный буфер, схожий с недавно представленной технологиeй nCache компании SanDisk, предотвращает фрагментацию данных в накопителе, равномерно распределяя данные по ячейкам после промежуточного сохранения. Поскольку предложенный буфер также является энергонезависимым, вероятность потери данных на этапе между заполнением буфера и записью в ячейки основного массива памяти сводится к нулю.

Профессор Такеючи с коллегами будут представлять свою разработку на симпозиуме по сверхбольшим интегральным схемам (VLSI Circuits), который начался 16 июня этого года в Киото.

По материалам сайта The Register.