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Las innovaciones en la tecnología 3D NAND prometen un almacenamiento más denso y rápido para el futuro de los datos.
Para abordar los desafíos del almacenamiento de datos, los investigadores se están centrando en perfeccionar la memoria flash NAND 3D. Esta innovadora tecnología permite apilar celdas de memoria, optimizando el espacio disponible. Recientemente, los investigadores han descubierto una forma más rápida y eficiente de grabar cavidades profundas dentro de la memoria flash NAND 3D, utilizando procesos de plasma avanzados. Gracias a modificaciones químicas, lograron duplicar la velocidad de grabado y mejorar la precisión, abriendo el camino a soluciones de almacenamiento más densas y de mayor capacidad.
Hacia un futuro innovador en el almacenamiento de datos
Con la constante miniaturización de los dispositivos electrónicos y la explosión de la cantidad de datos a gestionar, se vuelve crucial mejorar la producción de memoria digital. En este contexto, una colaboración público-privada ha llevado a la búsqueda de nuevos métodos para desarrollar memoria digital a escala atómica, respondiendo a la creciente demanda de soluciones de almacenamiento cada vez más densas.
Un enfoque central de esta investigación es optimizar la fabricación de memoria flash NAND 3D, que permite apilar los datos verticalmente para maximizar la capacidad de almacenamiento. Un estudio reciente ha revelado que combinando plasma y materiales clave, es posible duplicar la velocidad de grabado de las cavidades profundas y estrechas que son esenciales para este tipo de memoria. La investigación fue realizada por un equipo de científicos de Lam Research, la Universidad de Colorado Boulder y el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL).
La memoria flash NAND es un tipo de almacenamiento no volátil, lo que significa que los datos se conservan incluso en ausencia de energía. Esta tecnología es ampliamente utilizada en dispositivos comunes como:
Tarjetas de memoria para cámaras digitales
Memorias USB
Computadoras y teléfonos inteligentes
A medida que aumentan las necesidades de almacenamiento, especialmente debido al uso creciente de inteligencia artificial, se vuelve cada vez más importante hacer que esta memoria sea más densa, como enfatiza Igor Kaganovich, físico investigador principal en PPPL.
Impresión artística de un agujero grabado en capas alternas de óxido de silicio y nitruro de silicio utilizando plasma, para crear una memoria flash NAND 3D. Los investigadores quieren perfeccionar la forma en que crean estos agujeros para que cada uno sea profundo, estrecho y vertical, con lados lisos.
Kyle Palmer / Departamento de Comunicaciones de PPPL
Arquitectura de memoria: apilamiento de celdas para optimizar el espacio
La memoria digital almacena información en unidades llamadas celdas, donde los datos están representados por el estado de encendido o apagado de cada celda. En la memoria flash NAND tradicional, las celdas están dispuestas en una sola capa. Por el contrario, la memoria flash NAND 3D permite apilar muchas celdas una sobre otra, de forma similar a cómo un edificio de varios pisos puede albergar más personas que un bungalow. Este enfoque permite colocar una mayor cantidad de datos en un espacio más pequeño.
Un paso crucial en la creación de estas pilas es grabar agujeros en capas alternas de óxido de silicio y nitruro de silicio. Este grabado se produce al exponer el material en capas a sustancias químicas en forma de plasma, un gas parcialmente ionizado. Los átomos del plasma interactúan con los del material, esculpiendo los agujeros necesarios.
Los investigadores se propusieron perfeccionar la creación de estos agujeros para que fueran profundos, estrechos y verticales, con lados lisos. Sin embargo, encontrar la combinación adecuada de materiales y condiciones de grabado ha demostrado ser una tarea compleja, lo que ha llevado a los científicos a probar continuamente nuevos ingredientes y temperaturas.
Uso de plasma para crear canales profundos y precisos
El uso del plasma como fuente de iones de alta energía fue destacado por Yuri Barsukov, ex investigador de PPPL ahora en Lam Research. El uso de partículas cargadas en plasma es un método eficaz para crear agujeros circulares muy pequeños y profundos, que son esenciales para la microelectrónica. Sin embargo, el proceso de grabado de iones reactivos aún no se comprende completamente y tiene margen de mejora. Un enfoque innovador reciente implica mantener la oblea a bajas temperaturas, un método conocido como grabado criogénico.
Tradicionalmente, el grabado criogénico utiliza gases de hidrógeno y flúor separados para crear los agujeros. Sin embargo, los investigadores compararon los resultados de este proceso con una versión más avanzada que utiliza gas fluoruro de hidrógeno para generar el plasma. Los resultados mostraron un aumento significativo en la velocidad de grabado, y el grabado criogénico basado en plasma de fluoruro de hidrógeno superó a los métodos tradicionales.
Duplicar la velocidad de grabado mediante enfoques innovadores
Quando il nitruro di silicio e l’ossido di silicio sono stati testati separatamente, si è osservato un incremento della velocità di incisione per entrambi i materiali utilizzando il plasma di fluoruro di idrogeno. Sebbene l’effetto fosse più marcato per il nitruro di silicio, l’incisione simultanea di entrambi i materiali ha portato ai risultati più significativi. Infatti, la velocità di incisione per gli strati alternati di ossido di silicio e nitruro di silicio è più che raddoppiata, passando da 310 nanometri al minuto a 640 nanometri al minuto.
I ricercatori hanno anche esaminato l’effetto del trifluoruro di fosforo, un componente cruciale nell’incisione dell’ossido di silicio. Sebbene fosse già utilizzato in precedenza, l’obiettivo era comprendere meglio e quantificare il suo impatto. I risultati hanno rivelato che l’aggiunta di trifluoruro di fosforo ha quadruplicato la velocità di incisione per l’ossido di silicio, mentre ha avuto un effetto marginale sul nitruro di silicio.
Un ulteriore composto chimico analizzato è stato il fluorosilicato di ammonio, che si forma durante il processo di incisione quando il nitruro di silicio reagisce con il fluoruro di idrogeno. La ricerca ha dimostrato che il fluorosilicato di ammonio può rallentare l’incisione, ma l’aggiunta di acqua può mitigare questo effetto. Secondo le simulazioni condotte da Barsukov, l’acqua ha la capacità di indebolire i legami del fluorosilicato di ammonio, facilitando la decomposizione del sale a temperature più basse e accelerando così il processo di incisione.
Gettare le basi per ricerche future
Kaganovich ha sottolineato l’importanza di questa ricerca, evidenziando come essa dimostri la capacità di scienziati provenienti dall’industria, dal mondo accademico e dai laboratori nazionali di collaborare per affrontare questioni cruciali nel campo della microelettronica. Questo approccio integrato consente di unire le informazioni raccolte da esperimenti pratici e teorie scientifiche. “Stiamo costruendo ponti verso la comunità più ampia”, ha affermato Kaganovich, sottolineando che si tratta di un passo fondamentale per migliorare la comprensione dei processi di produzione dei semiconduttori.
Questa ricerca rappresenta un importante passo avanti nel campo della tecnologia di archiviazione, con potenziali implicazioni significative per il futuro della microelettronica e dell’archiviazione dei dati.
Strati alternati di biossido di silicio e nitruro di silicio (a sinistra) vengono incisi per creare un foro profondo e verticale (a destra).
Thorsten Lill / Lam Research
