Utilisateur:JeremieBL/Brouillon
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Mémoires à nanocristaux (nodules de silicium)
Les mémoires à nanocristaux (nodules de silicium) sont des composantes électronique permettant de stoker de l'information. Cette nouvelle technologie prometteuse prévoit augmenter la capacité à stoker l'information en étant 10 fois plus volumineuse et 10 fois plus rapide que les mémoires traditionnelles au dioxyde de silicium[1].
Les applications[2][3] s'étendent :
Elles vont avoir tendance à remplacer les mémoires flash traditionnelles fabriqués par les techniques conventionnelles tels que les mémoires flash à grilles continues. En effet, elles permettent une grille discontinue, ce qui donnera plusieurs avantages à l'utilisation des mémoires, entre autre l'augmentation de la capacité des appareils à stoker de l''information par volume. De plus, les techniques développer ont réussit à atteindre des niveaux de stabilités et d'exactitude qui dépassent ceux des techniques conventionnelles, ce qui permet de prolonger d'avantage la durée de vie de ces appareils. Elles sont ainsi plus performantes.
Classification[modifier | modifier le code]
Les mémoires à nanocristaux constitués de nodules de silicium s'inscrivent dans les types de mémoires à semi-conducteurs[4]. Ainsi, elles ont le potentiel d'être à la tête des mémoires volatiles (RAM) et non-volatiles (flash et SSD). Toutefois, la demande du marché est forte pour les mémoires flash. Il s'en suit que les recherches et développements des mémoires à nanocristaux pousse les chercheurs à développer des produits en ce sens. Les avancées sur les mémoires à nanocristaux concernent principalement les transistors MOS à grille flottante, soit les mémoires flash.
Histoire[3][modifier | modifier le code]
Les mémoires à semi-conducteurs existent depuis les années '80[5] et ont été optimisés depuis à l'aide de différentes techniques. Les niveaux de performances qui ont augmentés exponentiellement depuis ont permis de repousser les limites de stockage de données. Les mémoires flash quant à eux sont apparus à la moitié des années '80. Les derniers modèles[6] des mémoires flash proposés et utilisés sont des mémoires non-volatiles à grille flottante qui ont été proposées par les ingénieurs de Toshiba. Les premières mémoires à nanocristaux sont apparues en 2003. Elles se veulent une amélioration des mémoires non-volatiles à grille continue. Les développements ont pris origine chez ces derniers. Les mémoires flash sont imparfaites dans le monde des ingénieurs électriques c'est grâce à ces modèles que l'idée de mémoires à nodules a émergée.
Fonctionnement[6][7][8][modifier | modifier le code]
Pour comprendre comment fonctionnent les mémoires à nanocristaux, il faut commencer par comprendre comment fonctionnent les mémoire à grille continues. L'idée que les ingénieurs ont étés exploitées est "d'emprisonner" des électrons dans des "cellules" pour garder l'information. Différents matériaux ont permis d'accomplir cet idée. En effet, certains matériaux ont la propriété, à petite échelle qu'une fois chargées, les électrons restent "piégés" à l'intérieur.
Il n'y a pas de manière trop simple d'expliquer ce phénomène, mais voici une bonne abstractions:
Il existe une entrée et une sortie nommée une source et un drain. Entre les deux, il y a un canal. Ce canal alimente une grille qui contrôle un sandwich. Ce sandwich est formé par une couche d'isolant, un conducteur et une autre couche d'isolant. C'est la couche conductrice qui permet d'emmagasiner l'information en étant chargé : elle permet de faire un bit.
Lorsque nécessaire, la grille de contrôle permet le chargement du conducteur, soit à 1. Ainsi chargé, le conducteur n'a plus besoin de courant pour rester chargé. C'est pourquoi on peut même débrancher l'appareil sans perdre cette information. Lorsqu'il est demandé de vider la mémoire, la grille de contrôle permet de libérer le chargement du conducteur, ce qui ramène cette grille à 0.
Des imperfections ont amenés les ingénieurs à trouver d'autres solution. Par exemple : les impuretés. Dans ces procédés aussi microscopique se cachent des impuretés et provoque des déchargements involontaire de la mémoire, ce qui entraine une perte d'information.
Le modèle le plus solutionnaire fut les mémoires à nanocristaux par nodules de silicium. La différence se situe au niveau du conducteur : au lieu d'avoir un conducteur constitué d'une seule pièce, certain on proposé d'avoir de multiples ilots. De cette façon, lorsqu'une impureté s'insère, l'ilot concerné se vide, mais pas le bit au complet. L'ensemble de la grille permet ainsi de garder l'intégrité d'un bit.
En réglant ce problème de cette façon, les chercheurs ont réalisés que le chargement de ces nouvelles grilles était moindre et que les opérations effectués furent 10x plus rapide, ce qui suscite grandement l'intérêt du marché. Des composantes plus rapide, plus intègre, plus durable sont tous des propriétés recherchés qui nous permettent de croire que les mémoires à nanocristaux sont l'avenir du stockage de mémoire.
Fabrication[6][7][8][modifier | modifier le code]
Plusieurs techniques existent pour effectuer cette structure complexe. Le faible coût de chacune de ces techniques en font un choix de prédilection pour les fabricants. Les multiples technique produisent différents patrons (ou formes) de nanocristaux de silicium.
La matière de choix pour les nanocristaux est le silicium pour sa propriété à être contrôlable et stable. De plus, l'interface Si/SiO2 forme une propriété semi-conductrice similaire aux transistors. Ce sont ces propriétés qui ont donné naissances aux premiers ordinateurs et qui font ce que l'électronique est ce qu'elle est.
Les procédures de fabrications ont comme objectif de précipiter des particules sur une surface à une très haute densité, car plus la densité est élevée, plus la composante sera performante. Arrivée à la surface, la particule aura comme réaction d'initier une réaction en chaîne qui fera un procédé de cristallisation et ainsi former des ilots. La taille de ces ilots se doit d'être un équilibre entre une minimale en fonction de l'intensité de courant qu'elle pourra supporter. Des ilots trop petits vont limiter la durée de vie de l'appareil.
La LPCVD (Low pressure chemical vapor deposition)[modifier | modifier le code]
Le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression est un procédé qui se fait dans un environnement contrôlé. Avec des pression environnantes de 600°C. Sur une couche isolante (Si3N4, SiO2 ou SiOx,Ny), du silane (SiOx) est injecté par vaporisation, ce qui précipitera le silicium en ilots solides. Ce procédé permet d'obtenir des ilots de 5nm et peut atteindre une densité de 1012 cm-2. Il est possible, en utilisant des oxydants d'obtenir des ilots plus petits encore.
L'implantation ionique[modifier | modifier le code]
Cette méthode consiste à introduire des atomes ionisés Si+ sur une couche d'oxyde et d'une plaque de silicium. Ce procédé plus simple permet un meilleur contrôle. Les températures environnantes doivent être de plus de 900°C. À l'aide d'un recuit, il est possible d'obtenir des ilots aussi petit que 1 à 4 nm avec une densité de 1017 cm-2. Le résultat de cette technique est plus homogène et plus stable.
La pulvérisation cathodique[modifier | modifier le code]
Cette technique un peu plus dynamique se décrit comme suit : en pulvérisant des atomes chargés négativement (e-), un aimant cathodique (+) permet de précipiter ces molécules sur une cible à base de silicium. Un substrat tel que l'Argon est nécessaire pour créer un atmosphère approprié dans cette technique. Cette dernière est plus simple que les précédentes à mettre en œuvre, mais est moins performante. Elle est plus longue à utiliser, fait des nanocristaux plus asymétrique et produit des ilots moins homogènes.
L'ablation laser[modifier | modifier le code]
Sur une plaque de silicium, un laser pulsatif fait des points, ce qui vaporise la matière. Dans cette environnement contrôlé à l'aide d'un substrat, les vaporisations sont aussitôt précipités et déclenchent des ilots de particule. L'avantage de cette technique est qu'il est possible de choisir le dessin de cristallisation désiré. Toutefois, les particules vaporisés ne sont pas tous cristallisés tels que désiré. Certaines particules sont cristallisés tardivement et viennent se coller à la jonction des surfaces, ce qui modifie le dessins désiré et rend l'expérience moins contrôlée.
Développement[modifier | modifier le code]
Les mémoires à nanocristaux par nodules de silicium sont encore au niveau de la recherche, mais des compagnies comme Toshiba sont en test avancés pour des applications prochaines. En 2013, d'après Google, il y avait 18 000 articles parlant des mémoires à nanocristaux. Beaucoup font suite à des recherches en physique. Certains placent même ce domaine dans une sous-classe de la physique quantique. En plus, il est aisé de trouver des détails de physique pour reproduire les procédés de fabrication, lesquels inclus toutes les formes, les substrats et les recettes dans les moindres détails pour réussir ces composantes. Tout montre que cette technologie en plein développement approche à son début, pour une utilisation imminente dans tous nos nouveaux appareils quotidiens.
Notes et références[modifier | modifier le code]
- L'Usine Nouvelle, « MiniaturisationDES NANOCRISTAUX POUR LES MÉMOIRES FLASHMotorola a mis au point des nanocristaux de silicium remplaçant avantageusement le dioxyde de silicium. », usinenouvelle.com/, (lire en ligne, consulté le )
- Timo van Neerden, « Comment fonctionne la mémoire flash d’un lecteur SSD ? - Couleur-Science », sur couleur-science.eu (consulté le )
- Simon PERRET-TRAN-VAN, « Impact d'une post-oxydation thermique su r l'isolation électrique d'un dispositif MOS contenant des nanocristaux de silicium obtenus à partir de dépôts PPECVD », Doctorat de l'Université de Toulouse, (lire en ligne)
- « Mémoires à semi-conducteurs | Techniques de l'Ingénieur », sur www.techniques-ingenieur.fr (consulté le )
- « Etudes optiques et électriques des propriétés électroniques de nano-cristaux de silicium pour composants mono-électroniques », sur theses-search.insa-lyon.fr (consulté le )
- Dimitri Constantin Armeanu, Modélisation physique du stockage dans les nanocristaux de m.moires Flash quantiques, http://scd-theses.u-strasbg.fr/2349/01/ARMEANU_Dumitru_2011.pdf
- « Croissance et caractérisation électrique de nanocristaux d'InAs/SiO2 pour des applications de mémoires non-volatiles sur silicium. », L'Institut national des sciences appliquées de Lyon, (lire en ligne)
- « Fabrication et caractérisation de nanocristaux de silicium localisés, réalisés par gravure électrochimique pour des applications nanoélectroniques »