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SCOPERTE/ Nanotecnologie: la scienza che insegue la memoria “non volatile”

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Saranno microchip di nuova generazione e nasceranno in Lombardia. Questa la notizia diffusa giovedì 30 luglio, e riportata anche da IlSussidiario.net, a seguito di un’importante intesa siglata tra i ministeri dello sviluppo economico (MISE) e della ricerca (MIUR), la Regione Lombardia, la Regione Sicilia e le società STMicrolelectronics e Numonyx per il sostegno a due progetti di innovazione tecnologica e sviluppo industriale.

Uno dei progetti riguarda la società STMicrolelectonics ed è relativo alla realizzazione in Sicilia di un grosso impianto per lo sviluppo e la produzione di pannelli fotovoltaici; l’altro riguarda la società Numonyx è relativo al potenziamento dell’attività di ricerca e sviluppo sulle memorie non-volatili, che la società svolge in Italia e, in particolare, nella sede di Agrate Brianza, dove Numonyx ha il suo centro per la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie. A questo secondo progetto faceva riferimento l’articolo di giovedì scorso. Per capire meglio il valore e la portata di questo annuncio, abbiamo contattato il dottor Paolo Cappelletti, R&D Vice President di Numonyx, responsabile per lo sviluppo delle tecnologie.

 

«Alla maggior parte degli italiani, probabilmente, il nome Numonyx non dirà molto. La società è nata nell’aprile del 2008 dalla fusione delle attività sulle memorie di STMicroelectronics e di Intel, con il contributo minoritario di Francisco Partners, una società americana di private equity. Numonyx conta oggi circa 6.500 dipendenti nel mondo e ha un fatturato di circa due miliardi di dollari; nelle sedi italiane lavorano oltre 1.600 persone, di cui circa la meta impiegate in attività di ricerca e sviluppo. Abbiamo ereditato da STMicrolectronics il patrimonio di know-how, di ricercatori, di tecnologi, di progettisti e di personale specializzato, accumulato in Italia e particolarmente nella sede di Agrate, in oltre trent’anni di attività sulle memorie non-volatili, sempre posizionata sulla frontiera più avanzata dello sviluppo tecnologico a livello mondiale».

 

È grazie al suo riconosciuto livello di eccellenza che, quando Numonyx ha dovuto decidere dove concentrare la propria attività di sviluppo tecnologico, il Centro Tecnologico di Agrate è stato preferito all’analogo Centro di Santa Clara in California, dove prima della fusione venivano sviluppate le tecnologie per memorie non-volatili di Intel.

L’intesa siglata la scorsa settimana, per la parte che riguarda Numonyx, significa soprattutto la conferma da parte dei ministeri e delle regioni interessati del valore strategico di questo patrimonio e l’intenzione di sostenerne l’ulteriore sviluppo. In particolare, l’intesa riguarda un progetto quadriennale per lo sviluppo di nuove piattaforme tecnologiche per memorie non-volatili fino a 18 nm (il manometro è la milionesima parte del millimetro).

Per poter cogliere la rilevanza del progetto e il suo contenuto di innovazione tecnologica ci facciamo illustrane brevemente lo stato dell’arte e le prospettive di sviluppo delle memorie non-volatili. Cappelletti sottolinea come nel settore dei semiconduttori, le memorie non volatili, in particolare le memorie flash, siano tra le famiglie di prodotto più pervasive e a più rapida crescita.

 

«Non c’è sistema elettronico basato su microcontrollore che non contenga della memoria non-volatile si cui scrivere il programma applicativo, parametri variabili, dati di sistema o dati utente. La caratteristica tipica delle memorie non-volatili, che le rende pressoché indispensabili, è di conservare l’informazione anche quando si rimuove l’alimentazione al sistema».

 

L’importanza e il mercato delle memorie flash sono cresciuti enormemente nell’ultimo decennio con il diffondersi degli apparecchi elettronici portatili alimentati a batteria. Dai telefoni cellulari alle macchine fotografiche e le videocamere digitali, dai riproduttori di musica ai palmari, dagli smart phone, che concentrano tutte le funzioni multimediali in un singolo apparecchio, per finire ai notebook e notebook con disco a stato solido: la domanda di memoria non-volatile è aumentata esponenzialmente, sia per la crescente capacità di memoria contenuta nei sistemi, sia per l’incremento di volume e capacità dei dispositivi di memoria (carte di memoria, chiavette USB, ecc.) utilizzati per immagazzinare e trasferire dati.

L’esponenziale crescita della domanda di capacità di memoria flash ne ha spinto l’evoluzione tecnologica al punto che le memorie flash hanno ormai rimpiazzato le RAM dinamiche nel ruolo di “technology driver” dell’industria dei semiconduttori.

Le tecnologie flash più avanzate oggi in produzione consentono di fabbricare dispositivi con dimensioni minime di 40 nm e di intergare su singolo chip circa oltre 16 miliardi di celle di memoria.

Questa sfrenata corsa alla riduzione delle geometrie sta portando rapidamente verso il raggiungimento dei limiti imposti dalla fisica dei dispositivi e dei materiali.

 

«Uno degli obiettivi del progetto – precisa Cappelletti – è di spingere l’evoluzione delle memorie flash fino a questi limiti, trovando soluzioni innovative sia a livello dei materiali, sia a livello della progettazione dei dispositivi».

 

L’aspetto più radicalmente innovativo del progetto riguarda però lo sviluppo della tecnologia che potrebbe in futuro sostituire le memorie flash, prolungando così la “road-map” delle memorie non-volatili: le memorie a cambiamento di fase.

 

«A differenza delle memorie flash – spiega il dirigente di Numonyx - che si basano sull’immagazzinamento di elettroni in microscopici serbatoi di carica elettrica contenuti nelle celle di memoria, le memorie a cambiamento di fase sfruttano la proprietà di alcuni materiali di passare in maniera stabile e reversibile dalla fase cristallina alla fase amorfa, presentando nelle due fasi caratteristiche elettriche molto diverse. Sono gli stessi materiali utilizzati nei DVD riscrivibili; in questi il cambiamento di fase è indotto da un fascio laser e si rileva una variazione di riflettività del materiale, mentre nelle memorie a cambiamento di fase la transizione è dovuta al riscaldamento prodotto da corrente elettrica e ciò che si osserva è la variazione di resistività del materiale».

 

L’immagine al microscopio elettronico del “cuore” di una cella, mostra chiaramente nello strato di materiale cristallino la “calottina” di materiale amorfizzato, in corrispondenza del punto di contatto con la lamella conduttiva verticale (lo strato più chiaro) che funge da riscaldatore. Intensi impulsi di corrente elettrica consentono, in un tempo dell’ordine della decina di nanosecondi, di fondere localmente il materiale cristallino. Lo spessore della lamella è di circa 20 nm.

 

«Le memorie a cambiamento di fase hanno prestazioni superiori alle memorie flash e una prospettiva di maggiore scalabilità; potrebbero in futuro giocare un ruolo estremamente importante nello scenario delle memorie a stato solido».

 

Numonyx è leader a livello mondiale in questa tecnologia grazie al lavoro pionieristico svolto nell’ambito di una collaborazione tra Intel e STMicrolectronics iniziata ben prima della formazione della nuova società; tutto il percorso di sviluppo, anche nel periodo precedente la costituzione di Numonyx, è sempre stato svolto nel Centro di Agrate che a pieno titolo può quindi essere considerato il più avanzato al mondo nel settore.

 

«Il progetto ha quindi una grande rilevanza strategica e, grazie anche al sostegno dei ministeri delle regioni che hanno siglato l’intesa, consentirà di mantenere in Italia la leadership in settore tecnologico estremamente avanzato e di alimentare un’intensa rete di collaborazioni di ricerca con diversi laboratori universitari e del CNR».



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