Viện Nghiên cứu Điện tử và Viễn thông Hàn Quốc (ETRI) cho biết đã phát triển một cấu trúc DRAM thế hệ mới không cần tụ điện riêng, mở ra hướng tiếp cận mới cho bộ nhớ mật độ cao, tiêu thụ điện năng thấp trong kỷ nguyên AI.

Theo thông báo ngày 14/4, ETRI đã phát triển cấu trúc DRAM “2T0C” (2-Transistor-0-Capacitor) có khả năng lưu dữ liệu ổn định mà không cần sử dụng tụ điện. Đây là một hướng phát triển của DRAM không tụ điện, được kỳ vọng mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ bộ nhớ trong các hệ thống điện toán lấy dữ liệu làm trung tâm.

Cấu trúc mới được phát triển dựa trên transistor màng mỏng (TFT) bằng bán dẫn oxit, vốn được sử dụng trong lĩnh vực màn hình. Theo ETRI, khác với DRAM truyền thống sử dụng cấu trúc “1T1C” gồm một transistor và một tụ điện để lưu điện tích, thiết kế mới loại bỏ hoàn toàn tụ điện khỏi ô nhớ.

ETRI cho biết phần lớn DRAM thương mại hiện nay vẫn dựa trên cấu trúc 1T1C. Tuy nhiên, khi quá trình thu nhỏ bán dẫn tiếp tục tiến sâu, việc chế tạo tụ điện ngày càng trở nên khó khăn, kéo theo độ phức tạp sản xuất và mức tiêu thụ điện tăng lên.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tập trung vào vật liệu bán dẫn oxit nhờ đặc tính dòng rò thấp và khả năng giữ điện tích tốt. Cụ thể, nhóm sử dụng oxit indium-thiếc-kẽm (ITZO) pha thêm nhôm, đồng thời kiểm soát chính xác các khuyết tật bên trong linh kiện thông qua quy trình nitrous oxide plasma (N2O) nhằm giảm dòng rò. Tỷ lệ chiều rộng/chiều dài kênh (W/L) của transistor đọc dữ liệu cũng được tối ưu để hạn chế thất thoát điện tích đã lưu.

Kết quả, cấu trúc này có thể giữ dữ liệu trong hơn 1.000 giây. ETRI cho biết “cửa sổ bộ nhớ” — tức khoảng phân biệt giữa dữ liệu “0” và “1” — cũng được cải thiện khoảng 13 lần, qua đó nâng độ ổn định và độ chính xác của quá trình lưu trữ.

Nam Su-ji, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Thiết bị điện tử linh hoạt của ETRI, cho biết công nghệ bán dẫn oxit vốn phát triển trong lĩnh vực hiển thị hoàn toàn có thể được mở rộng sang các linh kiện bộ nhớ thế hệ mới. Theo bà, hướng tiếp cận này có thể đóng vai trò quan trọng trong tích hợp bán dẫn 3D cũng như phát triển các hệ thống điện toán tiêu thụ điện năng thấp.

Nghiên cứu còn có sự tham gia của một học viên cao học tại cơ sở ETRI thuộc Đại học Sau đại học Liên hiệp Khoa học và Công nghệ (UST) với vai trò tác giả thứ nhất. Dự án được hỗ trợ bởi Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng Hàn Quốc thông qua “Chương trình phát triển công nghệ hiển thị phát quang vô cơ” và “Chương trình nghiên cứu tiên phong khái niệm mới của ETRI”.