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Retour sur le futur des mémoires

1 : Introduction 3 : MRAM : la mémoire qui attire 4 : MRAM (suite) : aimant ou pas aimant ? 5 : IBM Millipede ou la mémoire mille pattes 6 : PRAM : la mémoire en phase avec les données 7 : Z-RAM : un bien dans un mal 8 : NRAM : ou le rêve des nanotubes de carbones 9 : Conclusion

FeRAM : Une réalité de fer

La FeRAM (Ferroelectric RAM) est une mémoire non volatile, dont la construction reste proche de celle des DRAM. On retrouve donc le design 1T-1C de la DRAM, chaque cellule étant composée d’un transistor et d’un condensateur qui retient le courant. Le condensateur d’une FeRAM a cette différence qu’il utilise des matériaux ferroélectriques pour retenir les données. Il prend généralement la forme d’un film en céramique de PZT (Titano-Zirconiate de Plomb). Elle est donc simple à fabriquer, mais moins dense que ses concurrentes, comme la NRAM par exemple. Sa non-volatilité vient du fait que, contrairement à la DRAM qui connaît des fuites et doit donc être rafraîchie plusieurs fois par seconde, demandant donc constamment de l’énergie, le condensateur de la FeRAM n’a pas ce problème. Il ne requiert de l’énergie que pour la lecture ou l’écriture des données.

Lorsque les données prennent tout leur sens

La céramique PZT est formée d’amas cristallins de plusieurs atomes qui constituent des dipôles électriques. Lorsqu’un champ électrique est appliqué à ce condensateur ferroélectrique, la polarisation du champ (la direction prise par le champ électrique) cause un réalignement des dipôles qui vont s’aligner par rapport au champ. Pour inscrire un 1, on va utiliser une polarisation négative (par exemple en bas et – en haut) tandis que le 0 sera traduit par une polarisation positive ( en haut et – en bas). Pour lire les données présentes dans les cellules, le transistor force la cellule à prendre un état donné, par exemple 0. Si la cellule contenait déjà un 0, alors rien ne se passe, on sait donc qu’il y avait un 0. Si par contre la cellule contenait un 1, les atomes vont se réorienter à cause du changement d’alignement que nous mentionnions plus haut. Cela aura pour conséquence de créer une pulsation de courant qui trahira ce changement.

On comprend donc que, comme pour la DRAM, la lecture des données puisse s’avérer destructive et il est donc impératif de récréer ces données perdues. Sachez aussi que l’avantage de la FeRAM par rapport a la MRAM est d’avoir des éléments ferroélectriques qui changent de position plus vite que les éléments ferromagnétiques.

(Gauche)Différence entre une DRAM et une FeRAM
(Droite)Schéma représentant le changement de polarité

Un sérieux concurrent

La FeRAM est déjà utilisée dans les situations ou la limitation en nombre de lectures/écritures des mémoires Flash pose problème. La FeRAM consomme aussi moins d’énergie que la Flash (courant d’écriture 10 à 20 fois plus faible). De plus, des puces ont déjà été fabriquées en masse par Fujitsu en 1999, ce qui démontre une plus grande maturité de la technologie par rapport aux autres mémoires.

Les recherches continuent d’ailleurs et nous vous présentions les derniers développements de la FeRAM dans notre actualité « Des nouvelles de la FeRAM ». Epson a présenté des nouveaux matériaux ferroélectriques ayant une durée de vie 10 fois supérieure au PZT.

Le PZTN soit du zircono-titanate de plomb et niobium, a été obtenu en substituant des atomes de niobium aux atomes de plomb dans la maille crsitallline. Cela lui donne comme principal avantage d’avoir une vitesse de 100 ns sur la FeRAM PZTN, soit 100 fois plus vite que de la Flash.

Pas la mémoire du futur ?

Epson n’est pas le seul, Ramtron International étant aussi responsable des grandes avancées de cette mémoire au cours des dernières années. Néanmoins, en raison des nombreux investissements qui ont été réalisés sur la mémoire Flash, les mémoires alternatives restent encore dans l’ombre. De plus, la Flash conserve l’avantage d’une bien plus grande capacité, et d’une meilleure compatibilité avec les procédés de fabrication existant. Il est aussi plus difficile d’améliorer la finesse de gravure des FeRAM, car plus on la réduit et moins elle peut contenir de charges électriques. On pense aujourd’hui que la limite du PZT est de 130 nm. À long terme cela sera un handicap alors que la tendance est à l’augmentation de la finesse de gravure.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. FeRAM : Une réalité de fer
  3. MRAM : la mémoire qui attire
  4. MRAM (suite) : aimant ou pas aimant ?
  5. IBM Millipede ou la mémoire mille pattes
  6. PRAM : la mémoire en phase avec les données
  7. Z-RAM : un bien dans un mal
  8. NRAM : ou le rêve des nanotubes de carbones
  9. Conclusion