En labo, le tunnel à oxygène de KAIST stabilise la mémoire 3D

Plus de 10 millions de cycles de contrainte électrique intense ont mis à l’épreuve un nouveau transistor mémoire vertical dans le cadre d’une étude dirigée par KAIST. Sa variation de tension de seuil est restée inférieure à 50 millivolts, un résultat de fiabilité qui, selon les chercheurs, répond à une faiblesse centrale des dispositifs de mémoire tridimensionnels.

Le problème vient des lacunes d’oxygène — des atomes d’oxygène manquants dans un semi-conducteur à oxyde — qui peuvent déstabiliser un canal mémoire. Ajouter de l’oxygène peut réparer le canal, mais une partie de cet oxygène peut ensuite migrer vers l’électrode métallique et l’oxyder. Le canal a besoin d’oxygène ; l’électrode, non.

L’équipe de KAIST, dirigée par le professeur Jimin Kwon, a conçu une couche de nitrure de silicium/dioxyde de silicium/nitrure de silicium, ou SiN/SiO₂/SiN, pour servir de « tunnel à oxygène ». Elle est conçue pour guider l’oxygène vers le canal vertical tout en bloquant sa migration vers l’électrode, afin de traiter à la fois les défauts et l’oxydation au sein d’une même structure. Les chercheurs font état d’une forte densité de courant et d’une bonne conservation des données dans le transistor à canal vertical en oxyde, même si l’article ne fournit pas les valeurs numériques sous-jacentes pour ces mesures.

L’équipe a ensuite combiné le dispositif à semi-conducteur à oxyde avec du CMOS au silicium conventionnel — une logique à semi-conducteurs complémentaires métal-oxyde — afin d’évaluer des systèmes de compute-in-memory, ou CIM, qui exécutent les calculs d’IA directement dans la mémoire. Les résultats suggèrent que la structure pourrait permettre de concevoir des semi-conducteurs d’IA plus rapides et plus économes en énergie.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? Si le résultat de fiabilité résiste à de nouveaux essais et à la fabrication, la mémoire empilée verticalement pourrait être plus facile à utiliser aux côtés de la logique au silicium dans le matériel d’IA, en réduisant un obstacle à la conservation des données à proximité du calcul. Pour l’instant, l’avancée concrète est plus limitée, mais plus solide : une structure de laboratoire qui contrôle la migration de l’oxygène et maintient la stabilité d’un transistor mémoire 3D soumis à des contraintes électriques répétées.