La memoria flessibile si piega ma non si spezza

Un team di ricercatori del KAIST (Korea Advanced Institute of Science & Technology), guidato dal professor Keon Jae Lee, ha sviluppato una ReRAM flessibile in cui una cella di memoria può essere letta, scritta e cancellata su un substrato plastico.

In molti conosceranno le ReRAM (Resistive Random Access Memory) con il termine memristore, nome che indica il quarto elemento fondamentale di un circuito elettronico - teorizzato da Leon Chua dell'Università di Berkeley nel 1971 e dimostrato dagli HP Labs nel 2008.

Questo tipo di soluzione potrebbe sostituire la memoria Flash o la DRAM, ma anche altri chip poiché è in grado di realizzare operazioni logiche. Novità concrete sui progressi di HP dovrebbero fare capolino a breve (CPU con 2 GB di memoria per core, miracolo ReRAM).

Per quanto riguarda il traguardo raggiunto dai ricercatori coreani, la novità è che queste soluzioni si sono rivelate sufficienti per superare l'interferenza cella-cella che nasce dalle limitazioni della struttura e della composizione dei materiali sinora utilizzati.

Schema di una memoria completamente funzionante su substrato flessibile

Risolvere questo problema comporterebbe l'integrazione di transistor negli elementi di memoria, ma fino a oggi non si è trovato un modo per farli funzionare in modo adeguato su un substrato plastico. Perciò il team del professor Lee ha realizzato una memoria flessibile completamente funzionante che non è affetta dall'interferenza cella-cella. Tutto questo è stato possibile integrando un memristore con transistor di silicio ad alte prestazioni su un substrato plastico. Come ci sono arrivati? Andiamo con ordine.

Il memristore è stato realizzato con diossido di titanio amorfo ed elettrodi in alluminio. Il team ha depositato il diossido di titanio tra gli elettrodi, in strati dello spessore di un atomo, lasciando l'interfaccia dell'elettrodo superiore arricchita con ioni di ossigeno a causa dell'affinità dell'ossigeno con l'alluminio.

Applicando una tensione negativa all'elettrodo superiore, gli ioni negativi hanno attraversato il diossido di titanio, riducendo la resistenza elettrica del materiale. Questo stato di bassa resistività è equivalente al numero binario "1" e dura per almeno 2,7 ore anche in assenza di tensione.

Invertendo la polarità degli elettrodi, quello superiore ha ceduto l'ossigeno facendo ritornare il memristore allo stato "0" di alta resistenza. Questo stato è stato letto applicando una piccola tensione di lettura (-0,5 volt) e misurando la corrente, che in bassa resistenza è 50 volte maggiore rispetto a quello di alta resistenza.

Immagine della memoria flessibile avvolta su un'asta di quarzo

A questo punto è però sorto un problema, in quanto la corrente di lettura che dovrebbe consentire di rilevare lo stato di alta resistenza del memristore potrebbe viaggiare anche negli stati di resistenza inferiori vicini, facendo apparire la resistenza letta inferiore a quella che è realmente. 

In poche parole senza avere un parametro certo, la memoria non poteva essere scritta. Per questo si è usato un transistor, che permette alla corrente di scorrere attraverso il memristore solo quando viene impartita un'operazione .

Risolto il problema il team è riuscito a dimostrare la duttilità della memoria piegandola gradualmente con un raggio di curvatura da 28,6 millimetri a 8,4 millimetri. I ricercatori hanno misurato gli stati di resistenza senza riportare cambiamenti significativi.

Il team ha inoltre flesso la memoria posta su un pezzo di plastica di 2,8 centimetri per 1000 volte, osservando cambiamenti limitati delle prestazioni oltre alla possibilità di svolgere funzioni tipiche come la scrittura, la lettura e la cancellazione. Secondo il professore "questo risultato rappresenta una tecnologia con un grande potenziale per realizzare sistemi elettronici completamente flessibili per lo sviluppo di computer pieghevoli o agganciabili nel prossimo futuro".