Pålidelige 3D-erindringer fra siliciumoxid og grafen:Visionær gennemsigtig hukommelse et skridt tættere på virkeligheden

(Phys.org) —Forskere på Rice University designer gennemsigtige, to-terminal, tredimensionelle computerhukommelser på fleksible ark, der viser løfte om elektronik og sofistikerede heads-up-skærme.

Teknikken baseret på switchegenskaberne af siliciumoxid, en banebrydende opdagelse af Rice i 2008, blev rapporteret i dag i onlinejournalen Naturkommunikation .

Rice -teamet ledet af kemikeren James Tour og fysikeren Douglas Natelson gør meget gennemsigtig, ikke -flygtige resistive hukommelsesenheder baseret på afsløringen af, at siliciumoxid i sig selv kan være en switch. En spænding løber hen over et tyndt ark siliciumoxid fjerner iltatomer væk fra en kanal på 5 nanometer bred, gør det til ledende metallisk silicium. Med lavere spændinger, kanalen kan derefter brydes og repareres gentagne gange, over tusinder af cyklusser.

Denne kanal kan læses som et "1" eller et "0, "som er en switch, den grundlæggende enhed for computerhukommelser. Ved 5 nm, det viser løfte om at forlænge Moores lov, som forudsagde, at computerkredsløb ville blive fordoblet hvert andet år. Nuværende state-of-the-art elektronik er lavet med 22 nm kredsløb.

Undersøgelsen fra Tour, Rices T.T. og W.F. Chao -stol i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og datalogi; hovedforfatter Jun Yao, en tidligere kandidatstuderende ved Rice og nu en postdoktoral forsker ved Harvard; Jian Lin, en ris -postdoktor, og deres kolleger beskriver minder, der er 95 procent gennemsigtige, lavet af siliciumoxid og tværstænger grafenterminaler på fleksibel plast.

Rice lab fremstiller sine enheder med et arbejdsudbytte på omkring 80 procent, "hvilket er ret godt for et ikke-industrielt laboratorium, "Sagde Tour." Når du får disse ideer i industriens hænder, de skærper det virkelig derfra. "

Producenter, der har kunnet montere millioner af bits på små enheder som flashhukommelser, støder nu mod de fysiske grænser for deres nuværende arkitekturer, som kræver tre terminaler for hver bit.

Men risenheden, kræver kun to terminaler, gør det langt mindre kompliceret. Det betyder, at arrays af to-terminal-hukommelser kan stables i tredimensionelle konfigurationer, markant stigende mængden af ​​information, en hukommelseschip kan indeholde. Tour sagde, at hans laboratorium også har set løfte om at lave multi-state-minder, der yderligere ville øge deres kapacitet.

Yaos opdagelse fulgte arbejdet hos Rice med grafitbaserede erindringer, hvor forskere så strimler af grafit på et siliciumoxidsubstrat bryde og helbrede, når der blev påført spænding. Yao formodede, at det underliggende siliciumoxid faktisk var ansvarligt, og han kæmpede for at overbevise sine laboratoriekolleger. "Jun fortsatte stille og roligt sit arbejde og samlede beviser, til sidst at bygge en arbejdende enhed uden grafit, "Tour sagde." Og stadig, andre sagde, 'Åh, det var eksogent kulstof i systemet, der gjorde det! ' Derefter byggede han det uden eksponering for kulstof på chippen. "

Yaos papir med detaljer om siliciumoxidmekanismen dukkede op i Nature's Scientific Reports i januar.

Hans åbenbaring blev grundlaget for, at næste generations minder blev designet i Tours laboratorium, hvor teamet bygger minder om siliciumoxider, der er klemt mellem grafen-et atomtykke bånd af kulstof-og fastgjort til plastark. Der er ikke en plet metal i hele enheden (med undtagelse af ledninger fastgjort til grafenelektroderne).

Ægteskabet mellem silicium og grafen ville forlænge den længe anerkendte nytteværdi af den første og en gang for alle bevise værdien af ​​den anden, længe udråbt som et undermateriale på udkig efter en grund til at være, Tour sagde. Han bemærkede, at enhederne ikke kun viser potentiale for strålingshærdede enheder-flere bygget på Rice evalueres nu på den internationale rumstation-men tåler også varme op til omkring 700 grader Celsius. Det betyder, at de kan monteres direkte oven på integrerede processorer uden negative virkninger.

Laboratoriet bygger også tværstangshukommelser med indlejrede dioder for bedre at manipulere styrespændinger, Tour sagde. "Vi har udviklet dette langsomt for at forstå de grundlæggende koblingsmekanismer, "sagde han." Industrier er fløjet ind og kigget på det, men vi laver grundvidenskab her; vi pakker ikke tingene pænt og smukt, så det, de ser, ser rudimentært ud.

"Men det er nu ved at gå over til et anvendt system, der godt kunne tages op som et fremtidigt hukommelsessystem, " han sagde.