Чипы со структурами из оксида кремния могут стать заменой флэш-памяти
Использование этого
материала позволит создавать чипы, которые превзойдут современную
флэш-память по показателю плотности хранения информации, по количеству
потребляемой энергии, по скорости записи и по многим другим параметрам.
Основой
технологии изготовления энергонезависимой памяти являются исследования,
проведенные в стенах лаборатории Tour lab. Проводя эти исследования,
ученые обнаружили, что если через слой окиси кремния пропустить
электрический ток с определенными характеристиками, молекулы оксида
расщепляются, кислород улетучивается и на поверхности остается чистый
кремний в металлической форме, формирующий токопроводящий канал, шириной
всего в 5 нанометров. Использование электрического тока с иными
характеристиками приводит к обратному процессу, металлический кремний
окисляется, токопроводящий канал "разрушается", увеличивая электрическое
сопротивление в тысячи раз. Затем эти токопроводящие каналы можно
читать как логическую единицу или ноль в зависимости от состояния этого
канала.
Каждая ячейка энергонезависимой памяти на основе оксида
кремния подключается в общую схему с помощью двух электродов, что
позволяет изготовить более компактную схему, нежели схема обычной
флэш-памяти, ячейки которой подключаются тремя электродами. Ячейки новой
памяти весьма устойчивы к воздействию высокой температуры,
ионизирующего излучения, а их гибкая структура обеспечивает всему
устройству высокую стойкость к механическим воздействиям и предоставляет
возможность формировать их этих ячеек пространственные трехмерные
кристаллы. Способность ячеек новой энергонезависимой памяти выдерживать
без потери информации длительное воздействие радиации проверяется в
настоящее время на борту Международной космической станции.
Токопроводящие
каналы, индуцируемые в оксиде кремния, состоят из металлического
кремния, имеющего свойства полупроводника. Таким образом, ячейка
представляет собой нечто вроде диода, который выполняет весьма полезную
функцию, блокируя сигналы и токи утечек от других ячеек памяти в момент
чтения информации из одной определенной ячейки. С электрической точки
зрения каждая ячейка представляет собой электронный прибор класса один
диод-один резистор (one diode-one resistor, 1D-1R). Соотношение
сопротивления ячейки во включенном и в отключенном состоянии равно 1 к
10000, что позволяет надежно хранить информацию в течение минимум десяти
лет, не тратя на это ни капли энергии.
Каждая ячейка из оксида
кремния способна иметь несколько градаций значения электрического
сопротивления, которые устанавливаются с помощью отличных по
характеристикам импульсов электрического тока. В перспективе такая
возможность позволит хранить в одной ячейке не один бит двоичной
информации, а большее количество информации, закодированной в виде
значения ее электрического сопротивления.
Следует отметить, что
финансирование данных исследований осуществлялось компанией Boeing Corp и
Научно-исследовательским управлением ВВС США (Air Force Office of
Scientific Research).
