La memoria flash ferroelettrica può sopportare radiazioni spaziali estreme / Ferroelectric flash storage can handle extreme radiation of space

La memoria flash ferroelettrica può sopportare radiazioni spaziali estreme / Ferroelectric flash storage can handle extreme radiation of space

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Alcuni ricercatori statunitensi hanno sviluppato un nuovo metodo per archiviare dati, resistente agli elevati livelli di radiazioni presenti nello spazio.

La tecnologia si basa sulla stessa memoria flash NAND presente nei data center, nei laptop e negli smartphone, ed è in grado di fornire capacità di archiviazione nell'ordine dei terabit. La memoria flash NAND si basa su transistor a gate flottante che intrappolano cariche elettriche per rappresentare valori binari. Tuttavia, queste cariche possono essere alterate dalle radiazioni, rendendole rischiose per le applicazioni spaziali, in particolare per lo spazio profondo dove i livelli di radiazione sono più elevati. 

Per superare questo problema, i ricercatori hanno utilizzato materiali ferroelettrici per creare la loro memoria flash NAND. Anziché una carica elettrica intrappolata, questi materiali mantengono una carica permanente chiamata polarizzazione, che consente loro di resistere ad una quantità di radiazioni fino a 30 volte superiore rispetto alle tradizionali memorie flash NAND. Il lavoro è stato pubblicato su Nano Letters.

"Se si invia nello spazio una memoria flash tradizionale, le radiazioni che interagiscono con la carica elettrica intrappolata nella memoria flash possono facilmente corrompere i dati", ha affermato Asif Khan, professore associato presso la Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica del Georgia Tech, dove sono stati realizzati i chip ferroelettrici.

"Al contrario, la memoria flash NAND ferroelettrica non memorizza i dati come carica elettrica intrappolata, bensì come polarizzazione nel materiale. E la polarizzazione è molto resistente agli effetti delle radiazioni."

La ferroelettricità nell'ossido di afnio compatibile con il silicio è stata scoperta solo 15 anni fa ed il laboratorio di Khan ne ha esplorato le potenzialità nell'ultimo decennio. Il gruppo del Georgia Tech sapeva che la ferroelettricità era resistente alle radiazioni, ma non esattamente quanto lo fosse quando implementata nelle architetture di memoria flash NAND.

Dopo aver realizzato i chip di memoria flash nella camera bianca del Georgia Tech, questi sono stati inviati alla Pennsylvania State University (Penn State) per i test. È emerso che la tecnologia era in grado di resistere a radiazioni fino a un milione di rad (dose di radiazione assorbita), l'equivalente di 100 milioni di raggi X. Per fare un confronto, i satelliti in orbita terrestre bassa richiedono una tolleranza di 5-30 kilorad, quelli in orbita geostazionaria di 100-300 kilorad, mentre le missioni nello spazio profondo necessitano di un limite massimo di un milione di rad.

"Per l'archiviazione dei dati nello spazio, non basta che la memoria funzioni. Deve rimanere affidabile anche in condizioni di radiazioni estreme", ha affermato il primo autore Lance Fernandes, dottorando al Georgia Tech.

"Ciò che rende la nostra soluzione di archiviazione particolarmente interessante è che la memoria flash NAND ferroelettrica non solo è resistente alle radiazioni, ma rimane affidabile anche in ambienti con livelli di radiazione estremamente elevati. Ed è proprio ciò di cui abbiamo bisogno per le missioni spaziali."

ENGLISH

Researchers in the US have developed a new way of storing data that is resilient to the high levels of radiation found in space.

The technology is based around the same NAND flash memory found in data centres, laptops and smartphones, and is capable of providing storage in the terabit range. NAND flash relies on floating-gate transistors that trap electrical charges to represent binary values. However, those charges can be corrupted by radiation, making them risky for space applications, particularly deep space where radiation levels are highest. 

To overcome this, the researchers used ferroelectric materials to create their NAND flash memory. Rather than a trapped electrical charge, these materials hold a permanent charge called polarisation, allowing them to withstand up to 30 times the amount of radiation that traditional NAND flash can. The work is published in Nano Letters.

“If you send traditional flash memory to space, the radiation interacting with flash memory’s trapped electric charge can easily corrupt the data,” said Asif Khan, an associate professor in the School of Electrical and Computer Engineering at Georgia Tech, where the ferroelectric chips were built.

“In contrast, ferroelectric NAND flash storage does not store data as trapped electrical charge, but rather stores it as polarisation in the material. And polarisation is very resilient to radiation effects.”

Ferroelectricity in silicon-compatible hafnium oxide was discovered just 15 years ago, and Khan’s lab has been exploring its capabilities for the past decade. The Georgia Tech team knew ferroelectricity was radiation-tolerant, but not exactly how tolerant when implemented in NAND flash architectures.

Having built the flash chips in Georgia Tech’s cleanroom, they were then sent to Pennsylvania State University (Penn State) for testing. It was found that technology could withstand radiation as high as one million rads (radiation absorbed doses), which is the equivalent of 100 million X-rays. For context, low-Earth orbit satellites require a tolerance of 5-30 kilorads, geostationary orbits need 100-300 kilorads, and deep space missions need an upper limit of one million rads.

“For data storage in space, it’s not enough for memory to work. It has to remain reliable under extreme radiation,” said first author Lance Fernandes, a PhD student at Georgia Tech.

“And what makes our storage especially exciting is that ferroelectric NAND flash isn't just radiation-tolerant; it also stays reliable even in extremely harsh radiation environments. That's exactly what we need for space.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/novel-flash-storage-can-handle-extreme-space-radiation?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20190526%20-%20Tuesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fnovel-flash-storage-can-handle-extreme-space-radiation&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer