Ris erindringer fra siliciumoxid fanger producenternes blik

(Phys.org) —Rice Universitets banebrydende siliciumoxidteknologi til høj densitet, næste generations computerhukommelse er et skridt tættere på masseproduktion, takket være en forfining, der gør det muligt for producenter at fremstille enheder ved stuetemperatur med konventionelle produktionsmetoder.

Først opdaget for fem år siden, Rices siliciumoxidhukommelser er en type to-terminal, "resistiv random-access memory" (RRAM) teknologi. I et nyt papir tilgængeligt online i American Chemical Society journal Nano bogstaver , et Rice -team ledet af kemikeren James Tour sammenlignede sin RRAM -teknologi med mere end et dusin konkurrerende versioner.

"Denne hukommelse er overlegen i forhold til alle andre to-terminale unipolare resistive erindringer med næsten alle metriske, "Tour sagde." Og fordi vores enheder bruger siliciumoxid-det mest undersøgte materiale på jorden-er den underliggende fysik både velforstået og let at implementere i eksisterende fabrikationsfaciliteter. "Tour er Rices TT og WF Chao Chair i kemi og professor inden for maskinteknik og nanoengineering og datalogi.

Tour og kolleger begyndte at arbejde med deres banebrydende RRAM -teknologi for mere end fem år siden. Det grundlæggende koncept bag resistive hukommelsesenheder er indsættelse af et dielektrisk materiale - et, der normalt ikke leder elektricitet - mellem to ledninger. Når der tilføres en tilstrækkelig høj spænding på tværs af ledningerne, en smal ledningsbane kan dannes gennem det dielektriske materiale.

Tilstedeværelsen eller fraværet af disse ledningsveje kan bruges til at repræsentere de binære 1'er og 0'er for digitale data. Forskning med en række dielektriske materialer i løbet af det sidste årti har vist, at sådanne ledningsveje kan dannes, brudt og reformeret tusinder af gange, hvilket betyder, at RRAM kan bruges som grundlag for omskrivbar hukommelse med tilfældig adgang.

RRAM er under udvikling verden over og forventes at erstatte flashhukommelsesteknologi på markedet inden for få år, fordi den er hurtigere end flash og kan pakke langt mere information på mindre plads. For eksempel, producenter har annonceret planer om RRAM -prototypechips, der vil være i stand til at lagre omkring en terabyte data på en enhed på størrelse med et frimærke - mere end 50 gange datatætheden af ​​den nuværende flashhukommelsesteknologi.

Nøgleingrediensen i Rice's RRAM er dens dielektriske komponent, siliciumoxid. Silicium er det mest udbredte element på Jorden og grundingrediensen i konventionelle mikrochips. Mikroelektronik fremstillingsteknologier baseret på silicium er udbredt og let forståelige, men indtil opdagelsen af ​​ledende filamentveje i siliciumoxid i 2010 i Tours laboratorium, materialet blev ikke betragtet som en mulighed for RRAM.

Siden da, Turs team har kørt for at videreudvikle sin RRAM og endda brugt den til eksotiske nye enheder som gennemsigtige fleksible hukommelseschips. På samme tid, forskerne gennemførte også utallige tests for at sammenligne ydeevnen af ​​siliciumoxidhukommelser med konkurrerende dielektriske RRAM -teknologier.

"Vores teknologi er den eneste, der opfylder ethvert markedskrav, både fra en produktion og et ydeevne, for ikke -flygtig hukommelse, "Tour sagde." Det kan fremstilles ved stuetemperatur, har en ekstremt lav formspænding, højt on-off-forhold, lavt strømforbrug, ni-bit kapacitet pr. celle, ekstraordinære skiftehastigheder og fremragende cykeludholdenhed. "

I den seneste undersøgelse, et team ledet af hovedforfatter og Rice postdoktorforsker Gunuk Wang viste, at brug af en porøs version af siliciumoxid dramatisk kunne forbedre Rices RRAM på flere måder. Først, det porøse materiale reducerede formspændingen - den effekt, der er nødvendig for at danne ledningsveje - til mindre end to volt, en 13-fold forbedring i forhold til holdets tidligere bedste og et tal, der stabler op mod konkurrerende RRAM-teknologier. Ud over, det porøse siliciumoxid tillod også Tour's team at eliminere behovet for en "enheds kantstruktur".

"Det betyder, at vi kan tage et ark porøst siliciumoxid og bare slippe elektroder ned uden at skulle fremstille kanter, "Tour sagde." Da vi offentliggjorde vores første meddelelse om siliciumoxid i 2010, et af de første spørgsmål, jeg fik fra industrien, var, om vi kunne gøre dette uden at fremstille kanter. På det tidspunkt kunne vi ikke, men ændringen til porøst siliciumoxid giver os endelig mulighed for det. "

Wang sagde, "Vi demonstrerede også, at det porøse siliciumoxidmateriale øgede udholdenhedscyklusser mere end 100 gange sammenlignet med tidligere ikke -porøse siliciumoxidhukommelser. Endelig, det porøse siliciumoxidmateriale har en kapacitet på op til ni bits pr. celle, der er det højeste antal blandt oxidbaserede erindringer, og multikapaciteten påvirkes ikke af høje temperaturer. "

Tour sagde, at den seneste udvikling med porøst siliciumoxid - reduceret formspænding, fjernelse af behovet for kantfremstilling, fremragende udholdenhedscykling og multi-bit-kapacitet-er yderst tiltalende for hukommelsesvirksomheder.

"Dette er en stor bedrift, og vi er allerede blevet kontaktet af virksomheder, der er interesserede i at licensere denne nye teknologi, " han sagde.

Studie medforfattere-alle fra Rice-omfatter postdoktorforsker Yang Yang; forsker Jae-Hwang Lee; kandidatstuderende Vera Abramova, Huilong Fei og Gedeng Ruan; og Edwin Thomas, William og Stephanie Sick dekan ved Rices George R. Brown School of Engineering, professor i maskinteknik og materialevidenskab og i kemisk og biomolekylær teknik.