Nhóm nghiên cứu KAIST đã phát triển công nghệ bộ nhớ thế hệ mới có khả năng nâng cao hiệu suất của các chất bán dẫn AI trong khi giảm thiểu tiêu thụ điện năng. Công nghệ này giải quyết vấn đề khuyết tật vốn được coi là điểm yếu cố hữu của cấu trúc 3 chiều trong việc xếp chồng các chất bán dẫn.
Vào ngày 20 tháng 8, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Kwon Ji-min thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử của KAIST dẫn đầu, cùng với các nhà nghiên cứu từ UNIST và Đại học Yonsei, đã công bố phát triển một cấu trúc lớp cách điện đa lớp mới giúp giảm thiểu khuyết tật và nâng cao hiệu suất cũng như độ ổn định của transistor kênh đứng oxit (VCT).
Trong suốt vài thập kỷ qua, DRAM đã phát triển theo hướng giảm kích thước của các thiết bị để lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trên cùng một diện tích và giảm tiêu thụ điện năng. Tuy nhiên, khi việc thu nhỏ các chất bán dẫn trên mặt phẳng ngày càng gặp phải giới hạn vật lý, cấu trúc 3 chiều với khả năng tích hợp cao đã trở nên nổi bật.
VCT là một loại thiết bị mà kênh dẫn điện được tạo ra theo chiều dọc thay vì chiều ngang như trước đây, cho phép bố trí nhiều thiết bị hơn trên một diện tích hạn chế, từ đó thuận lợi cho việc thực hiện bộ nhớ tích hợp cao. Việc sử dụng chất bán dẫn oxit cho kênh dẫn cũng giúp giảm thiểu hiện tượng rò rỉ điện.
Vấn đề chính là hiện tượng "khoảng trống oxy", nơi mà các nguyên tử oxy trong chất bán dẫn oxit không có chỗ đứng. Khi số lượng khoảng trống này tăng lên, các đặc tính điện của chất bán dẫn sẽ thay đổi, làm cho thiết bị khó hoạt động ổn định. Tuy nhiên, việc cung cấp oxy một cách không kiểm soát có thể dẫn đến oxy di chuyển đến điện cực kim loại, gây oxi hóa và làm giảm hiệu suất, do đó cần có công nghệ điều chỉnh chính xác sự di chuyển của oxy.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một lớp cách điện đa lớp mới được cấu thành từ nitrua silicon, oxit silicon và nitrua silicon (SiN·SiO₂·SiN). Lớp cách điện này không chỉ có chức năng ngăn chặn điện mà còn được sử dụng như một "đường hầm oxy" để điều chỉnh sự di chuyển của oxy, cho phép oxy di chuyển về phía chất bán dẫn oxit cần oxy, trong khi ngăn chặn sự di chuyển về phía điện cực không được oxi hóa.
Kết quả là nhóm nghiên cứu đã đạt được mức độ dòng điện và thời gian giữ dữ liệu hàng đầu thế giới trong lĩnh vực VCT oxit. Sau khi chịu đựng hơn 10 triệu lần căng thẳng hoạt động, sự thay đổi điện áp ngưỡng chỉ dưới 50 mili-volt (mV), xác nhận độ ổn định hoạt động cao. Nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện công nghệ kết hợp giữa chất bán dẫn CMOS dựa trên silicon và chất bán dẫn oxit mới để đánh giá hiệu suất hệ thống.
Công nghệ này dự kiến sẽ được sử dụng để nâng cao hiệu suất của công nghệ tính toán trong bộ nhớ (CIM), vượt qua những hạn chế của cấu trúc hiện tại, trong đó bộ nhớ và bộ xử lý tách biệt và phải truyền dữ liệu qua lại trong mỗi lần tính toán, bằng cách thực hiện các phép toán ngay trong bộ nhớ hoặc gần kề.
Giáo sư Kwon Ji-min cho biết: "Giống như việc xây dựng một tòa nhà cao tầng, không chỉ cần tăng số tầng mà còn phải đảm bảo tòa nhà hoạt động ổn định, thì việc xây dựng chất bán dẫn 3 chiều cũng cần phải đảm bảo hoạt động ổn định khi tích lũy nhiều lớp. Công nghệ này sẽ thúc đẩy sự phát triển của các chất bán dẫn bộ nhớ thế hệ mới, nâng cao tốc độ tính toán AI trong khi giảm tiêu thụ điện năng."
Nghiên cứu này có sự tham gia của nghiên cứu viên Kwon Hyun-ho với vai trò tác giả chính, cùng với các bác sĩ Lee Yong-woo và Jeong Hak-soon, và giáo sư Kwon Ji-min là tác giả liên lạc. Các nhà nghiên cứu từ UNIST, Đại học Yonsei, Viện Nghiên cứu Hóa học Hàn Quốc, Đại học Khoa học và Công nghệ Seoul, và Đại học Quốc gia Seoul cũng đã tham gia vào nghiên cứu chung.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế "Advanced Functional Materials" vào ngày 20 tháng 5 và được chọn làm bài báo trang bìa nhờ vào tầm quan trọng và tính độc đáo của nó.
* Bài viết này được dịch tự động bằng AI.
Kim Seong Hyeon
minus1@ajunews.com
© Bản quyền thuộc về Thời báo Kinh tế AJU & www.ajunews.com: Việc sử dụng các nội dung đăng tải trên vietnam. kyungjeilbo.com phải có sự đồng ý bằng văn bản của Aju News Corporation.