Siliciumoxidhukommelser overskrider en forhindring

Et Rice University laboratorium, der er banebrydende med hukommelsesenheder, der bruger billige, rigelig siliciumoxid til at lagre data har skubbet dem et skridt videre med chips, der viser teknologiens praktiske funktion.

Holdet ledet af Rice-kemikeren James Tour har bygget en 1-kilobit genskrivbar siliciumoxidenhed med dioder, der eliminerer data-korrumperende krydstale.

Et papir om det nye arbejde udkommer i denne uge i bladet Avancerede materialer .

Med gigabyte flash-hukommelse, der bliver stadigt billigere, en 1k ikke-flygtig hukommelsesenhed har kun lidt praktisk brug. Men som et bevis på konceptet, chippen viser, at det burde være muligt at overgå flashhukommelsens begrænsninger i pakningstæthed, energiforbrug pr. bit og skiftehastighed.

Teknikken er baseret på en tidligere opdagelse fra Tour lab:Når elektricitet passerer gennem et lag af siliciumoxid, det fjerner iltmolekyler og skaber en kanal af ren metallisk fase silicium, der er mindre end fem nanometer bred. Normale driftsspændinger kan gentagne gange bryde og "helbrede" kanalen, som kan læses som enten "1" eller "0", afhængigt af om den er ødelagt eller intakt.

Kredsløbene kræver kun to terminaler i stedet for tre, som i de fleste hukommelseschips. Tværstangshukommelserne bygget af Rice lab er fleksible, modstå varme og stråling og viser løfte om stabling i tredimensionelle arrays. Rudimentære siliciumminder lavet i Tour-laboratoriet er nu ombord på den internationale rumstation, hvor de bliver testet for deres evne til at holde et mønster, når de udsættes for stråling.

Dioderne eliminerer krydstale, der er iboende i tværstangsstrukturer, ved at forhindre den elektroniske tilstand på en celle i at lække ind i tilstødende celler, sagde Tour. "Det var ikke let at udvikle, men det er nu meget nemt at lave, " han sagde.

Enheden bygget af Rice postdoc-forsker Gunuk Wang, hovedforfatter af det nye papir, klemmer det aktive siliciumoxid mellem lag af palladium. Silicium-palladium-sandwichene hviler på et tyndt lag aluminium, der kombineres med et basislag af p-doteret silicium for at fungere som en diode. Wangs 32 x 32-bit test-arrays er lidt mere end en mikrometer dybe med tværstængerlinjebredder på 10 til 100 mikrometer til testformål.

"Vi forsøgte ikke at miniaturisere det, " sagde Tour. "Vi har allerede demonstreret det oprindelige filament på under 5 nanometer, som kommer til at arbejde med den mindste linjestørrelse industri kan lave."

Enhederne har vist sig at være robuste, med et højt tænd/sluk-forhold på omkring 10, 000 til 1, mere end hvad der svarer til 10 års brug, lavt energiforbrug og endda mulighed for multibit switching, hvilket ville tillade lagring af information med højere tæthed end konventionelle hukommelsessystemer med to tilstande.

Enhederne kaldet "en diode-en modstand" (1D-1R) fungerede særligt godt sammenlignet med testversioner (1R), der manglede dioden, sagde Wang. "At kun bruge siliciumoxidet var ikke nok, " sagde han. "I en (1R) tværstangsstruktur med kun hukommelsesmaterialet, hvis vi lavede 1, 024 celler, kun omkring 63 celler ville fungere individuelt. Der ville være krydstale, og det var et problem."

For at bevise 1D-1R's egenskaber, Wang isolerede 3 x 3 gitter og kodede ASCII-bogstaver, der stavede "RISUgler" i bits. Indstilling af tilstødende bits til "on"-tilstand - normalt en tilstand, der fører til spændingslækager og datakorruption i en 1R tværbjælkestruktur - havde ingen effekt på informationen, han sagde.

"Fra den tekniske side af dette, at integrere dioder i et 1k hukommelsesarray er ikke en lille bedrift, " sagde Tour. "Det vil være industriens opgave at skalere dette til kommercielle minder, men denne demonstration viser, at det kan lade sig gøre."