Analisi delle proprietà del trasporto di carica in materiali GST per dispositivi di memoria a cambiamento di fase di futura generazione

Lo sviluppo dei sistemi di memoria di futura generazione è guidato principalmente dalla ricerca di una tecnologia in grado di superare quelle attuali in ogni loro specifica di funzionamento, dalla ritenzione di dato alla velocità di accesso, migliorandone la durata e riducendo il dispendio energetico. Il sottosistema delle memorie assorbe una parte significativa delle risorse del macro sistema costituito dal calcolatore, tanto da aver quasi raggiunto il limite tecnologico nel caso delle odierne memorie di tipo DRAM. La soluzione più promettente sembra essere quella delle memorie a cambiamento di fase (PCM), in grado di colmare anche i limiti mostrati dalla tecnologia Flash nell’ambito della durata e scalabilità. I materiali che consentono di realizzare dispostivi a cambiamento di fase pilotato elettricamente appartengono alla famiglia dei calcogenuri. Tra i diversi composti calcogenuri quello attualmente identificato come soluzione più promettente è il Ge2Sb2Te5 (GST). Il trasporto di carica all’interno di dispositivi di memoria realizzati con tali materiali è stato modellato considerando l’azione di due contributi differenti: hopping di cariche intrappolate e moto di elettroni liberi in stati estesi. Il GST mostra un comportamento elettrico pressoché Ohmico in fase cristallina mentre, in fase amorfa, risulta essere poco conduttivo per basse correnti fino al superamento di una tensione di soglia oltre la quale si assiste al passaggio da uno stato altamente resistivo ad uno altamente conduttivo, caratterizzato da un andamento a resistenza differenziale negativa (NDR). Il meccanismo retroattivo che induce il fenomeno di snapback viene descritto come filamentazione in energia controllata dalle interazioni tra elettroni liberi ed elettroni intrappolati. Il modello fisico ricavato è stato implementato all’interno di un simulatore di dispositivi di ultima generazione ed è stato in seguito riprodotto in una versione analitica semplificata in grado, però, di permettere una prima analisi del comportamento elettrico del dispositivo e delle sue proprietà di scaling.