В современном мире, где всё больше решений принимается на основе искусственного интеллекта, а данные играют ключевую роль, спрос на более быстрые, эффективные и масштабируемые технологии памяти как никогда высок. Традиционные архитектуры памяти, в которых долгое время преобладал компромисс между скоростью, долговечностью и энергонезависимостью, всё больше не справляются с современными рабочими нагрузками.
Спрос на память HBM стремительно растёт благодаря искусственному интеллекту, что отражает неуклонный рост требований отрасли к производительности. От энергоэффективных периферийных устройств и систем Интернета вещей до высокопроизводительных вычислений, требующих больших объёмов данных, — задача одна: обеспечить постоянно растущую скорость при минимальном энергопотреблении. Это особенно важно в эпоху, когда экологичность и эффективность имеют первостепенное значение.
Новая технология памяти под названием ULTRARAM сочетает в себе скорость и долговечность DRAM с энергонезависимостью флэш-памяти, при этом потребляя значительно меньше энергии, чем любая из них. UltraRAM использует квантово-резонансное туннелирование, используемое в фотонных устройствах, таких как светодиоды, лазерные диоды и инфракрасные детекторы, но не в электронных устройствах массового производства. С точки зрения полупроводниковых устройств, UltraRAM — это составное устройство, состоящее из слоев полупроводников III-V типа — GaSb, InAs и AlSb, нанесенных друг на друга с использованием метода молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE), который никогда не использовался для производства памяти (по крайней мере, за пределами научных кругов).
До сих пор одним из ключевых препятствий на пути реализации потенциала инновационной памяти на основе полупроводников III-V типа было отсутствие масштабируемого эпитаксиального процесса интеграции антимонидных материалов в пластины аппаратного качества.
В настоящее время достигнут важный переломный момент. Компания Quinas Technology в сотрудничестве с компанией IQE создали первый в мире масштабируемый процесс эпитаксии для GaSb и AlSb — ключевых материалов в архитектуре ULTRARAM, — открывая потенциал для крупносерийного производства.
В основе этого прорыва лежит монолитное эпитаксиальное выращивание III-V слоев памяти на подложках с 6-дюймовым GaAs с использованием многопластиневых реакторов металл-органического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD) – промышленно масштабируемой платформы. Этот 6-дюймовый фундамент также закладывает основу для будущего перехода на 8-дюймовые пластины, согласуясь с отраслевыми тенденциями к более крупным подложкам для повышения экономии за счет масштаба
Благодаря тому, что большая часть производственных сложностей сосредоточена в одном, строго контролируемом этапе эпитаксии, этот подход имеет потенциальные преимущества перед традиционными процессами на основе кремния, которые обычно включают в себя множество последовательных этапов, требующих большого количества инструментов. Он обеспечивает более строгий контроль процесса, повышает производительность, сокращает количество перемещений оборудования и сводит к минимуму риск загрязнения.
Важно отметить, что этот оптимизированный метод может повысить производительность и снизить стоимость одного чипа, что потенциально даёт преимущество при крупномасштабном внедрении.
Кроме того, по определению, в результате эпитаксии образуются монокристаллические слои, что снижает количество ловушечных состояний и рассеяние заряда, которые часто встречаются на границах зёрен в поликристаллических материалах.
На следующем этапе потребуется усовершенствовать процесс эпитаксиального роста, уделяя особое внимание минимизации смешения слоев и обеспечению максимальной однородности по всей пластине. Параллельно с этим в сотрудничестве с мировыми партнерами по производству полупроводниковых пластин будут начаты пилотные исследования по изготовлению устройств, чтобы перенести технологические процессы из университетских чистых помещений в коммерческие производственные среды. В конечном итоге это приведет к созданию прототипов в корпусах — важнейшему шагу на пути к взаимодействию с промышленностью и ранней оценке со стороны клиентов.
Путь к созданию технологии памяти следующего поколения непрост и сопряжён со значительными техническими и коммерческими трудностями. Однако на рынке, объём которого превышает 170 миллиардов долларов, и в то время, когда нерациональное энергопотребление в сфере вычислительной техники вызывает серьёзные опасения с точки зрения экологии, потенциальное влияние этой технологии огромно и требует безотлагательных действий.