Des scientifiques ont découvert que la limitation du mouvement des lacunes d’azote dans les ferroélectriques de type wurtzite pourrait améliorer la fiabilité des systèmes de stockage de nouvelle génération.
Des chercheurs chinois ont mis au point une méthode permettant de rendre un nouveau type de puce mémoire beaucoup plus durable, ce qui pourrait permettre de surmonter un obstacle critique en matière de fiabilité à son utilisation dans le calcul haute performance et les futurs systèmes d’intelligence artificielle, alors que l’essor de l’IA stimule la demande de semi-conducteurs plus avancés.
L’équipe a démontré avoir réalisé plus de 10 milliards de cycles d’écriture dans des ferroélectriques de type wurtzite, une classe de matériaux capables de basculer entre deux états électriques pour stocker des données. Ce résultat représente une endurance environ 100 fois supérieure à celle obtenue précédemment avec le même matériau et pourrait contribuer au développement d’une technologie de mémoire de nouvelle génération, selon un article publié samedi par le média local Xian Daily.
Cette avancée majeure semble rapprocher la mémoire ferroélectrique d’une utilisation pratique dans les futurs matériels informatiques.
Les recherches, menées par des scientifiques de l’université Xidian de Xi’an en collaboration avec l’université de la ville de Hong Kong et l’université Fudan, ont été publiées jeudi dans la revue Science.
Ces dernières années, les ferroélectriques de type wurtzite, tels que le nitrure d’aluminium-scandium (AlScN), ont suscité l’intérêt en tant que matériaux de mémoire prometteurs de nouvelle génération, car ils offrent des vitesses de commutation rapides et une consommation d’énergie potentiellement faible.
Surtout, AlScN est également compatible avec les procédés de fabrication de semi-conducteurs existants, ce qui pourrait simplifier son intégration dans les futurs dispositifs de mémoire.
Cependant, ce matériau se heurte à un obstacle majeur : sa détérioration après des commutations électriques répétées. Les dispositifs AlScN existants tombent généralement en panne après environ 100 millions de cycles d’écriture, bien loin des milliards nécessaires à une application commerciale.
Les chercheurs ont déclaré avoir identifié l’accumulation de lacunes d’azote – des endroits où il manquait des atomes d’azote – comme une raison clé du taux de défaillance relativement rapide des puces ferroélectriques, car ces défauts créent des voies de fuite pour l’électricité à travers la puce.
Wang Ruiqing, doctorant à l’université Xidian et l’un des auteurs de l’article, l’a expliqué plus simplement au Xian Daily.
« Imaginez un matériau ferroélectrique comme un champ de maïs soigneusement semé, les lacunes d’azote représentant les endroits où les jeunes plants sont absents », a déclaré Wang.
Le problème fondamental, expliqua Wang, ne résidait pas simplement dans le nombre de ces défauts, mais dans leur comportement lors des commutations répétées du matériau. Les lacunes d’azote pouvaient se déplacer et s’agglomérer, formant ainsi des chemins de fuite à travers le matériau, susceptibles de provoquer des fuites d’électricité et, par conséquent, une panne.
« Auparavant, les chercheurs savaient que les dispositifs tombaient en panne et pouvaient observer certains symptômes, mais personne n’avait été en mesure d’expliquer à l’échelle atomique ce qui bougeait, comment cela bougeait et comment ce mouvement finissait par provoquer la panne », a déclaré Wang.
L’équipe a résolu le problème en concevant une structure multicouche qui limitait le mouvement des lacunes d’azote.
En limitant le mouvement et l’accumulation des lacunes, les chercheurs ont pu ralentir considérablement la détérioration du matériau, lui permettant de résister à plus de 10 milliards de cycles d’écriture, ont-ils indiqué dans leur étude.
Bien que ces résultats soient encore au stade du laboratoire, ils ouvrent la voie à la fabrication de matériaux plus durables pour les puces mémoire denses et basse consommation – une avancée qui intervient alors que l’essor mondial de l’IA continue d’alimenter la demande de puces plus rapides et plus fiables.
