Tim peneliti tembus ketahanan chip memori, capai lebih dari 10 miliar siklus tulis

Sekelompok peneliti menemukan cara untuk secara signifikan meningkatkan ketahanan sebuah kelas baru chip memori. Kemajuan ini berpotensi menghilangkan hambatan utama penerapan teknologi dalam komputasi berperforma tinggi, di tengah pesatnya perkembangan kecerdasan buatan yang mendorong permintaan akan semikonduktor yang lebih cepat dan lebih andal. Tim ini menunjukkan lebih dari 10 miliar siklus tulis pada material tersebut, sekitar 100 kali lipat tingkat ketahanan yang dicapai oleh teknologi serupa sebelumnya. Penelitian yang dipimpin ilmuwan dari Xidian University, bekerja sama dengan City University of Hong Kong dan Fudan University, dipublikasikan pada hari Kamis di jurnal Science.

Potensi dan Tantangan Material Baru

Seiring dengan meningkatnya material memori generasi baru, material feroelektrik rombohedral seperti aluminum scandium nitride (AlScN) semakin menarik perhatian. Daya tariknya terletak pada kecepatan switching yang tinggi dan potensi konsumsi daya yang rendah. Material ini juga kompatibel dengan proses manufaktur semikonduktor yang sudah ada, keunggulan praktis yang dapat mempermudah integrasinya ke perangkat memori di masa depan. Namun, janji tersebut menghadapi hambatan yang persisten: perangkat AlScN yang ada umumnya mengalami kegagalan setelah sekitar 100 juta siklus tulis, jauh di bawah miliaran siklus yang diperlukan untuk penggunaan komersial.

Para peneliti menelusuri penyebab kegagalan yang cepat ini ke kekosongan nitrogen, yaitu lokasi dalam struktur material yang kehilangan atom nitrogen. Mahasiswa doktoral Wang Ruiqing dari Xidian University memberikan analogi sederhana untuk menggambarkan masalah ini. Ia mengibaratkan material feroelektrik seperti ladang jagung yang ditanami rapi, sementara kekosongan nitrogen menjadi tempat di mana bibit tanaman hilang.

Masalah sebenarnya bukan hanya berapa banyak kekosongan yang ada, melainkan perilaku kekosongan tersebut ketika material mulai mengalami switching berulang. Kekosongan nitrogen dapat berpindah dan saling berkumpul seiring waktu, hingga akhirnya membentuk jalur yang memungkinkan arus mengalir melalui material dan memicu kegagalan. Menurut Wang Ruiqing, peneliti sebelumnya mampu mengamati kegagalan perangkat dan bahkan mencatat beberapa gejala yang muncul. Namun, tidak ada yang menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi pada skala atom, bagaimana pergerakannya terjadi, dan bagaimana pergerakan itu akhirnya menyebabkan kerusakan.

Inovasi Mengatasi Masalah Kekosongan Nitrogen

Tim ini mengatasi masalah tersebut dengan merancang struktur berlapis yang secara khusus membatasi ruang pergerakan kekosongan nitrogen. Dengan membatasi gerakannya dan mencegahnya saling聚集, peneliti secara signifikan memperlambat degradasi material, sehingga material mampu bertahan lebih dari 10 miliar siklus tulis dalam pengujian.

Meski demikian, temuan ini masih berada pada tahap laboratorium. Hasil ini menunjukkan jalur yang layak untuk memanfaatkan material semacam ini guna membangun chip memori yang lebih padat dan lebih hemat daya. Di saat permintaan global akan semikonduktor yang lebih cepat dan lebih andal terus meningkat, kemajuan ini hadir tepat waktunya karena pesatnya perkembangan kecerdasan buatan juga mendorong permintaan tersebut. Kondisi itu membuat upaya untuk membuat material feroelektrik rombohedral cukup tahan lama untuk perangkat keras komputasi sehari-hari menjadi semakin mendesak.

Dampak Potensial Teknologi Chip Memori Baru

Dengan pesatnya perkembangan kecerdasan buatan, permintaan akan semikonduktor berperforma tinggi terus meningkat. Terobosan tim peneliti tidak hanya meningkatkan ketahanan chip memori, tetapi juga membuka kemungkinan baru bagi perangkat keras komputasi di masa depan. Penerapan material baru seperti aluminum scandium nitride, jika masalah ketahanannya dapat diatasi, berpotensi mengubah desain dan performa perangkat memori, sekaligus mendorong lahirnya platform komputasi yang lebih efisien. Kemajuan ini tidak hanya membantu meningkatkan kelayakan penerapan teknologi, tetapi juga dapat mendorong inovasi dan pengembangan di seluruh industri semikonduktor.