محققان دانشگاه imec و دانشگاه خنت موفقق شده‌اند اولین نمونه موفق از DRAM سه بعدی را تولید کنند. این حافظه‌های قدرتمند از 120 لایه سیلیکون و سیلیکون ژرمانیوم ساخته می‌شوند و نسبت به نسل قبلی حافظه‌ها، بسیار سریع‌تر هستند. جزئیات بیشتر در مورد آن‌ها را در شهر سخت افزار بررسی می‌کنیم.
ساخت حافظه 120 طبقه‌ای
محققان به تازگی موفق شده‌اند 120 لایه متناوب از سیلیکون وسیلیکون ژرمانیوم را با دقت بسیار خوبی روی یک ویفر 300 میلی‌متری سوار کنند. آن‌ها با این کار قصد دارند نسل بعدی حافظه‌ها به نام حافظه‌های سه بعدی را طراحی کنند. در واقع در حافظه‌های DRAM سنتی، سلول‌های حافظه به صورت افقی روی تراشه چیده می‌شوند که باعث محدودیت در افزایش حافظه می‌شود. طبیعتا سطح تراشه محدود است و نمی‌توان به راحتی حافظه را افزایش داد، اما با ساخت حافظه‌های سه بعدی که از چندین لایه روی هم تشکیل می‌شوند، این مشکل کاملا برطرف می‌شود.
البته ماجرا همینقدر که می‌گوییم ساده نیست، روی هم چیدن سیلیکون و سیلیکون ژرمانیوم کار شدیدا سختی است، اما چرا؟ خب موضوع این است که ساختار شبکه‌های بلوری این دو ماده با یکدیگر متفاوت است و روی هم چیدن آن‌ها ممکن است باعث عیوب ساختاری خطرناک شود که باعث افت عملکرد حافظه می‌شود.
برای برطرف کردن این مشکل هم تیم تحقیقاتی میزان ژرمانیوم را به دقت تنظیم کرد و مقدار بسیار کمی کربن به ساختار اضافه کرد تا این ماده نقش چسب بین لایه‌ها را ایجاد کند، با این کار تنش بین دو لایه اتفاق نمی‌افتد. از همه مهم‌تر در این فرایند، کنترل دما است. با کنترل دما می‌توانند با دقت خوبی لایه‌ها را روی هم قرار دهند.
فرایند ساخت هم از طریق روشی به نام رسوب‌دهی اپی تکسی انجام شد که در آن گازهای سیلان (حاوی سیلیکون) و ژرمان (حاوی ژرمانیوم) روی سطح ویفر تجزیه می‌شوند و لایه‌هایی با ضخامت نانومتری ایجاد می‌کنند. در نتیجه همه این‌ها می‌توان یک DRAM سه بعدی با 120 لایه ساخت که می‌تواند سلول‌های حافظه را در فضای بسیار کمتری جا بدهد. یعنی ظرفیت افزایش پیدا می‌کند بدون اینکه اندازه تراشه تغییر کند.
روشی که تنها برای ساخت DRAMهای سه بعدی نیست
البته اهمیت این دستاورد فقط برای ساخت و توسعه DRAMهای نسل جدید نیست. این ساختارها باعث پیشرفت در حوزه‌های بسیاری می‌شوند. می‌توان از این سبک ساختاری برای تولید ترانزیستورهای Gate-All-Around و CFET که در نسل‌های بعدی پردازنده‌ها به کار می‌رود، استفاده کرد.
اگر اطلاعاتی ندارید، GAAFET یک نسخه پیشرفته‌تر از ترانزیستورهای FinFET است که در حال حاضر در بیشتر پردازنده‌های مدرن استفاده می‌شود. در این نوع ترانزیستور، گیت تنها سه طرف کانال ترانزیستور را پوشش می‌دهد. اما در GAAFET، گیت کاملا دور تا دور کانال را می‌گیرد. با این کار ترانزیستورها کوچک‌تر می‌شوند، مصرف برق پایین می‌آید و خیلی بهتر می‌توان جریان الکترون‌ها را کنترل کرد.
در همین رابطه بخوانید:
– اورکلاک دیوانه‌وار کیت حافظه رم 256 گیگابایتی G.SKILL به فرکانس DDR5-8400
– دستیابی به سرعت 10000MT/s و ظرفیت ۹۶ گیگابایتی تنها با یک ماژول CAMM2 جی اسکیل ممکن شد
CFET هم در واقع ادامه همان GAAFET است. در این معماری به جای اینکه ترانزیستورهای n-type و p-type کنار هم قرار بگیرند، روی هم چیده می‌شوند. این کار باعث صرفه‌جویی در فضا، امکان ساخت مدارهای منطقی و کاهش تاخیر سیگنال به دلیل کوتاه بودن مسیرها می‌شود.
همچنین روش جدید برای محاسبات کوانتومی که کنترل دقیق روی ساختارهای چند لایه برای آن حیاتی است و منطق‌های سه بعدی که اجازه می‌دهند پردازنده‌ها به شکل عمودی توسعه پیدا کنند، بسیار موثر است.
در آخر باید اشاره کنیم که سامسونگ هم پیش‌تر از این اعلام کرده بود که در حال کار روی DRAMهای سه بعدی است، حالا با این تحقیق، این شرکت با سرعت بیشتری می‌تواند به این حافظه‌ها دست پیدا کند.
source