Siliciumoxidkredsløb bryder barriere:Nanokrystalledere kan føre til massiv, robust 3-D opbevaring

Forskere fra Rice University har skabt de første to-terminal hukommelseschips, der kun bruger silicium, et af de mest almindelige stoffer på planeten, på en måde, der let skal kunne tilpasses til nanoelektroniske fremstillingsteknikker og lover at forlænge grænserne for miniaturisering underlagt Moores lov.

Sidste år, forskere i laboratoriet af ris Professor James Tour viste, hvordan elektrisk strøm gentagne gange kunne bryde og tilslutte 10-nanometer strimler af grafit, en form for kulstof, at skabe en robust, pålidelig hukommelse "bit." På det tidspunkt, de forstod ikke helt, hvorfor det fungerede så godt.

Nu, de gør. Et nyt samarbejde fra Rice labs of professors Tour, Douglas Natelson og Lin Zhong beviste, at kredsløbet slet ikke har brug for kulstoffet.

Jun Yao, en kandidatstuderende i Tour's lab og hovedforfatter af papiret, der skal vises i online -udgaven af Nano bogstaver , bekræftede sin gennembrudsidee, da han lagde et lag siliciumoxid i klemme, en isolator, mellem halvledende plader af polykrystallinsk silicium, der fungerede som de øverste og nederste elektroder.

Anvendelse af en ladning til elektroderne skabte en ledende vej ved at fjerne iltatomer fra siliciumoxidet og danne en kæde af siliciumkrystaller i nano-størrelse. Når den er dannet, kæden kan gentagne gange brydes og tilsluttes igen ved at anvende en puls med varierende spænding.

Nanokrystal -ledningerne er så små som 5 nanometer brede, langt mindre end kredsløb i selv de mest avancerede computere og elektroniske enheder.

"Det skønne ved det er dets enkelhed, sagde Tour, Rices T.T. og W.F. Chao -stol i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og datalogi. At, han sagde, vil være nøglen til teknologiens skalerbarhed. Siliciumoxidkontakter eller hukommelsessteder kræver kun to terminaler, ikke tre (som i flash -hukommelse), fordi den fysiske proces ikke kræver, at enheden holder en opladning.

Det betyder også, at lag af siliciumoxidhukommelse kan stables i små, men rummelige tredimensionelle arrays. "Jeg har fået at vide af industrien, at hvis du ikke er i 3D-hukommelsesbranchen om fire år, du kommer ikke til at være i hukommelsesbranchen. Dette er perfekt egnet til det, "Sagde Tour.

Siliciumoxidhukommelser er kompatible med konventionel transistorproduktionsteknologi, sagde Tour, der for nylig deltog i en workshop af National Science Foundation og IBM om at bryde barriererne for Moores lov, som angiver antallet af enheder på et kredsløb fordobles hver 18. til 24. måned.

"Fabrikanterne føler, at de kan komme veje ned til 10 nanometer. Flashhukommelse kommer til at ramme en mur på cirka 20 nanometer. Men hvordan kommer vi ud over det? Nå, vores teknik er perfekt egnet til sub-10-nanometer kredsløb, " han sagde.

Austin tech designfirma PrivaTran tester allerede en siliciumoxid-chip med 1, 000 hukommelseselementer bygget i samarbejde med Tourlaboratoriet. "Vi er virkelig begejstrede for, hvor dataene går hen her, "sagde PrivaTran CEO Glenn Mortland, der bruger teknologien i flere projekter støttet af Army Research Office, National Science Foundation, Air Force Office of Scientific Research, og Navy Space and Naval Warfare Systems Command Small Business Innovation Research (SBIR) og Small Business Technology Transfer programmer.

"Vores oprindelige kundefinansiering var rettet mod flere minder med høj densitet, "Sagde Mortland." Det er her, de fleste af de betalende kunder ser det gå. Jeg tror, langs vejen, der vil være side -applikationer i forskellige ikke -flygtige konfigurationer. "

Yao havde svært ved at overbevise sine kolleger om, at siliciumoxid alene kunne skabe et kredsløb. "Andre gruppemedlemmer troede ikke på ham, sagde Tour, der tilføjede, at ingen genkendte siliciumoxidets potentiale, selvom det er "det mest studerede materiale i menneskets historie."

"De fleste mennesker, da de så denne effekt, ville sige, 'Åh, vi havde nedbrydning af siliciumoxid, 'og de smider det ud, sagde han. "Den sad bare og ventede på at blive udnyttet."

Med andre ord, hvad der før var en fejl viste sig at være en funktion.

Yao gik til måtten for sin idé. Han erstattede først grafit med forskellige materialer og fandt, at ingen af ​​dem ændrede kredsløbets ydeevne. Derefter droppede han kulstoffet og metallet helt og klemte siliciumoxid mellem siliciumterminaler. Det virkede.

”Det var en virkelig vanskelig tid for mig, fordi folk ikke troede på det, "Sagde Yao. Til sidst, som et bevis på konceptet, han skar et kulstof -nanorør for at lokalisere skiftestedet, skåret et meget tyndt stykke siliciumoxid ud af fokuseret ionstråle og identificerede en nanoskala siliciumvej under et transmissionselektronmikroskop.

"Dette er forskning, "Sagde Yao." Hvis du gør noget, og alle nikker med hovedet, så er den nok ikke så stor. Men hvis du gør noget, og alle ryster på hovedet, så beviser du det det kan være stort.

"Det er ligegyldigt, hvor mange mennesker der ikke tror på det. Det der betyder noget er, om det er sandt eller ej."

Siliciumoxidkredsløb bærer alle fordelene ved den tidligere rapporterede grafitanordning. De har høje on-off-forhold, fremragende udholdenhed og hurtig omskiftning (under 100 nanosekunder).

De vil også være modstandsdygtige over for stråling, hvilket skulle gøre dem velegnede til militære og NASA -applikationer. "Det er klart, at der er masser af strålingshærdede anvendelser til denne teknologi, "Sagde Mortland.

Siliciumoxid fungerer også i omprogrammerbare gate -arrays, der bygges af NuPGA, et firma, der blev dannet sidste år gennem samarbejdspatenter med Rice University. NuPGAs enheder hjælper med at designe computerkredsløb baseret på lodrette arrays af siliciumoxid indlejret i "vias, "hullerne i integrerede kredsløb, der forbinder lag af kredsløb. Sådanne omskrivbare portarrays kan drastisk reducere omkostningerne ved at designe komplekse elektroniske enheder.