Beter dan NAND: snel, zuinig geheugen ontwikkeld

Het zijn de ferro-elektrische eigenschappen van hafnium in combinatie met andere elementen die het tot een veelbelovend materiaal voor geheugenkaarten en SSD's maken.

In plaats van afzonderlijke segmenten aan te spreken met getelde elektrische pulsen, zoals bijvoorbeeld het geval is bij NAND-flash, kan de aangeboden halfgeleider zijn polarisatie veranderen wanneer er een elektrisch veld wordt toegepast. Dit principe maakt een veel snellere en daardoor veel efficiëntere toegang tot de verschillende gebieden van het read-only geheugen mogelijk.

Alleen de bandbreedte van de toegepaste spanning was voorheen te laag. Door aluminium toe te voegen aan het gebruikte hafniumoxide kon dit venster voor mogelijke spanningen worden uitgebreid van 2 tot 10 volt.

Dit zou het mogelijk moeten maken om quad-level cellen (QLC) te bouwen die 4 bits in elke transistor opslaan. Dit betekent dat er in totaal 16 verschillende toestanden in één enkele eenheid kunnen worden opgeslagen. Met deze architectuur kunnen meerdere terabytes aan gegevens worden opgeslagen op de kleinste chips. Op een geschikte SSD zou dit uiteindelijk aanzienlijk meer zijn.

Naast de veel snellere toegang tot deze informatie, is ook de benodigde spanning lager dan bij NAND-flash. In plaats van de eerder vereiste 18 volt, werkt het systeem met de eerder genoemde 10 volt. Dit verlaagt ook de stroombehoefte voor schrijven en lezen nog verder.

De eerste duurzaamheidstests laten zien hoe ver de praktische ontwikkeling al gevorderd is. Volgens het onderzoek hebben de afzonderlijke cellen al één miljoen keer toegang gehad. En het is geen toeval dat het onderzoek medegefinancierd wordt door Samsung.

Er is nog maar één probleem en dat is het gebruikte hafnium. Hoe veelbelovend de elektrische eigenschappen van het element, dat hier als hafnium-aluminiumoxide wordt gebruikt, ook zijn, het element is zeldzaam. Hoewel het vaker voorkomt dan goud, is het eigenlijk geen zuiver mineraal.

In plaats daarvan komt het in minuscule sporen in andere mineralen voor en is het daarom extreem moeilijk om te delven. Per cel is immers maar een laagje van iets minder dan 25 nanometer dik nodig. Het extreem snelle, grote en superefficiënte geheugen zou ook behoorlijk duur kunnen worden als er tegen die tijd geen vervangend materiaal is gevonden.