ABSTRACT

Dispositivi micro e nanoelettronici per la memorizzazione dei dati in applicazioni spaziali e di avionica di bordo

____________________________________________________

Scheda a cura del Prof. Piero Olivo

STATO DELL'ARTE

Il progetto R2RAM mira a realizzare una metodologia robusta per lo sviluppo e la progettazione di una memoria non-volatile resistente alle radiazioni utilizzando il processo standard di fabbricazione dei dispositivi elettronici in silicio. Poiché le memorie di silicio standard, come le memorie flash, tendono a fallire sotto irradiazione, è previsto un nuovo approccio: lo sviluppo di una specifica tecnologia di memoria, la cosiddetta memoria resistiva ad accesso casuale (RRAM), in grado di sostenere ioni pesanti e altre particelle cariche. Le memorie a semiconduttore, nello scenario dei circuiti integrati complessi, sono uno degli argomenti più critici per le applicazioni spaziali, in quanto sono sottoposte a dosi massicce di radiazioni e sono scarsamente riparabili in caso di guasto. Ciò significa che il dispositivo RRAM sviluppato dovrà essere tollerante ai guasti da radiazione in volo durante la missione per cui sarà utilizzato.

COME SI E'SVOLTO

Lo sviluppo della tecnologia RRAM per le applicazioni aero-spaziali ha consentito un approfondimento dettagliato delle peculiarità di questi dispositivi di memoria, evidenziandone anche la loro flessibilità di applicazione anche in campi trasversali identificabili nel dominio delle neuroscienze e delle biotecnologie. Il largo consenso della comunità scientifica sulla validità dei risultati ottenuti ha spinto il team di ricerca di UniFE ad orientarsi nell’utilizzo della tecnologia RRAM come acceleratori neurali per velocizzare la capacità di computazione degli odierni dispositivi elettronici usando gli stessi principi utilizzati dal cervello umano per rappresentare la memorizzazione degli oggetti e l’acquisizione della conoscenza.

L’obiettivo di base del progetto è quello di fornire una metodologia per lo sviluppo di una nuova memoria RRAM non-volatile realizzando un prototipo con caratteristiche ad alte prestazioni come buona conservazione dei dati, ri-programmabilità in volo e estrema immunità alle radiazioni. La capacità del prototipo sviluppato è di 1Mbit e sarà utilizzato per contenere dati importanti per la navigazione di aeromobili o satelliti. Una campagna di test esaustiva mostrerà l’integrabilità di questa tecnologia anche in applicazioni critiche con requisiti di ingombro e peso ridotto per essere testata in volo.

La partecipazione alle attività di ricerca del progetto si è articolata nella realizzazione di uno strumento di test dedicato alle attività di caratterizzazione, modellistica e design di dispositivi di memoria basati su tecnologia RRAM. Successivamente si è preso parte ad una esaustiva campagna di test per qualificare la tecnologia in ambito aero-spaziale attraverso stress elettrici e di radiazione. 

BENEFICI E RISULTATI

La partecipazione alle attività di ricerca del progetto da parte di UniFE ha portato a 6 pubblicazioni congiunte su riviste internazionali: Solid State Electronics, IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing, Journal of Vacuum Science & Technology B, ed IEEE Journal of the Electron Devices Society e 3 pubblicazioni congiunte sui proceedings di una conferenza internazionale quale International Conference on Memristive Systems (in questa conferenza si è ricevuta anche una citazione meritoria come Invited paper), Joint International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon, ed IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI. Inoltre l’agenzia spaziale europea (ESA) ha mostrato un forte interesse per caratterizzare questa tecnologia nelle prossime missioni.