- Apilado epitaxial de hasta 120 pares Si/Si0.8Ge0.2/Si en obleas de 300 mm con interfaces afiladas.
- Plena tensión en el interior, dislocaciones en el borde; mitigación con menos Ge o adición de C.
- Derivas de uniformidad por depósito en el tubo de cuarzo; soluciones de limpieza y compensación térmica.
- Hoja de ruta de 3D NAND como referencia: >120–140 capas y capas más finas inspirando la transición a DRAM 3D.
La industria de los semiconductores está presenciando un avance que podría redefinir el futuro de la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM). Investigadores del centro de innovación nanoelectrónica imec y la Universidad de Gante han conseguido fabricar una pila de 120 capas alternas de silicio (Si) y silicio-germanio (SiGe) sobre una oblea de 300 mm, un hito técnico que acerca la realidad de las memorias 3D DRAM de alta densidad.
¿Qué es la memoria 3D DRAM y por qué importa?
La DRAM tradicional se basa en una arquitectura plana, donde cada celda de memoria ocupa espacio horizontal en la oblea. Esta disposición limita la densidad de almacenamiento. En cambio, la memoria 3D DRAM propone apilar las celdas verticalmente, lo que permite multiplicar la capacidad sin aumentar el tamaño físico del chip.
Este enfoque mejora la densidad, reduce el consumo energético y aumenta la velocidad de acceso, factores clave en inteligencia artificial, centros de datos y dispositivos móviles.
El desafío técnico: apilar sin colapsar
Construir una pila de 120 capas no es tan simple como parece. Cada capa de Si y SiGe tiene diferencias en su estructura cristalina, lo que genera tensiones internas. Estas tensiones pueden provocar defectos llamados dislocaciones de red, que afectan el rendimiento y la fiabilidad del chip.
La solución: química, precisión y temperatura
Para superar estos obstáculos, el equipo aplicó varias innovaciones:
- Ajuste del contenido de germanio en las capas de SiGe.
- Adición de carbono para aliviar el estrés entre capas.
- Control térmico extremo durante la deposición epitaxial.
Este proceso utiliza gases como silano y germano que se descomponen sobre la superficie de la oblea, formando capas nanométricas con precisión quirúrgica.
Características del experimento
Según el estudio publicado en Journal of Applied Physics, los investigadores lograron:
- 120 bilayers de 65 nm de Si y 10 nm de Si₀.₈Ge₀.₂.
- Un total de 241 subcapas en una sola pila.
- Crecimiento epitaxial sobre obleas de 300 mm.
- Capas tensadas en el centro de la oblea, con algunas dislocaciones en los bordes.
¿Qué implica este avance para el futuro?
Este logro marca un punto de inflexión en la evolución de la DRAM. Con la posibilidad de apilar más de 100 capas, se abre la puerta a:
- Memorias de mayor capacidad en el mismo espacio físico.
- Reducción de costes por bit almacenado.
- Mejor integración con lógica avanzada.
- Nuevas arquitecturas de computación, como la computación en memoria.
Impacto en la industria y aplicaciones
| Sector | Beneficio potencial |
|---|---|
| Inteligencia Artificial | Mayor capacidad de memoria para modelos complejos |
| Centros de datos | Reducción de consumo energético y espacio físico |
| Electrónica de consumo | Dispositivos más rápidos y con mayor autonomía |
| Automoción | Sistemas de asistencia más inteligentes y seguros |
| IoT y Edge Computing | Mayor eficiencia en dispositivos pequeños |
¿Qué sigue?
Aunque el logro es impresionante, aún quedan desafíos:
- Integración con transistores y condensadores en la pila 3D.
- Minimización de defectos en los bordes de la oblea.
- Escalado industrial del proceso.
- Compatibilidad con procesos de fabricación existentes.
Conclusión
El trabajo conjunto de imec y la Universidad de Gante representa un salto cuántico en la ingeniería de semiconductores. Al lograr apilar 120 capas de Si/SiGe con precisión y estabilidad, han demostrado que la memoria DRAM puede evolucionar hacia una arquitectura tridimensional.
Este avance promete chips más potentes y eficientes, y redefine lo que es posible en el diseño de sistemas electrónicos. En un mundo cada vez más hambriento de datos, velocidad y eficiencia, la memoria 3D DRAM podría ser el pilar que sostenga la próxima generación de innovación tecnológica.