Команда под руководством химика Райса Джеймса Тура создала перезаписываемое устройство на 1 килобит из оксида кремния с диодами, которые устраняют искажающие данные перекрестные помехи.Статья о новой работе появится на этой неделе в журнале Advanced Materials.Поскольку гигабайты флэш-памяти постоянно дешевеют, энергонезависимая память размером 1 КБ практически не используется.
Но в качестве доказательства концепции чип показывает, что должно быть возможно превзойти ограничения флэш-памяти по плотности упаковки, потреблению энергии на бит и скорости переключения.Этот метод основан на более раннем открытии лаборатории Тура: когда электричество проходит через слой оксида кремния, оно удаляет молекулы кислорода и создает канал из чистого металлического кремния шириной менее пяти нанометров.
Нормальное рабочее напряжение может неоднократно нарушать и «лечить» канал, что может быть прочитано как «1» или «0» в зависимости от того, сломан он или нет.Для схем требуется всего два вывода вместо трех, как в большинстве микросхем памяти. Память на перекладине, созданная лабораторией Райса, является гибкой, устойчивой к воздействию тепла и излучения и перспективной для укладки в трехмерные массивы. Рудиментарные кремниевые воспоминания, созданные в лаборатории Тура, теперь находятся на борту Международной космической станции, где они проходят испытания на способность удерживать узор при воздействии радиации.
По словам Тур, диоды устраняют перекрестные помехи, присущие поперечным структурам, удерживая электронное состояние ячейки от утечки в соседние ячейки. «Его было нелегко разработать, но теперь это очень легко сделать», — сказал он.Устройство, созданное докторантом Райс Гунуком Вангом, ведущим автором новой статьи, помещает активный оксид кремния между слоями палладия. Сэндвичи кремний-палладий покоятся на тонком слое алюминия, который в сочетании с базовым слоем кремния, легированного p-примесью, действует как диод.
Тестовые матрицы Wang размером 32 x 32 бита имеют глубину чуть больше микрометра с шириной поперечной полосы от 10 до 100 микрометров для целей тестирования.«Мы не пытались уменьшить его», — сказал Тур. «Мы уже продемонстрировали собственную нить накала менее 5 нанометров, которая будет работать с линией наименьшего размера, которую только может произвести промышленность».
Устройства доказали свою надежность, с высоким соотношением включения / выключения около 10 000: 1, что эквивалентно 10 годам использования, низкое энергопотребление и даже возможность многобитного переключения, что позволило бы хранить информацию с более высокой плотностью, чем обычные системы памяти с двумя состояниями.По словам Ванга, устройства, получившие название «один диод-один резистор» (1D-1R), работали особенно хорошо по сравнению с тестовыми версиями (1R), в которых не было диода. «Использования только оксида кремния было недостаточно», — сказал он. «В перекрестной структуре (1R) только с материалом памяти, если мы сделаем 1024 ячейки, только около 63 ячеек будут работать индивидуально. Были бы перекрестные помехи, и это было проблемой».
Чтобы доказать возможности 1D-1R, Ван выделил сетки 3 x 3 и закодировал буквы ASCII, обозначающие «RICE OWLS» на биты. По его словам, установка соседних битов в состояние «включено» — обычно условие, которое приводит к утечкам напряжения и повреждению данных в перекрестной структуре 1R — не повлияло на информацию.«С инженерной точки зрения интеграция диодов в массив памяти 1k — непростое дело», — сказал Тур. «Задачей отрасли будет преобразовать это в коммерческую память, но эта демонстрация показывает, что это возможно».
Соавторы статьи — аспирант Райс Адам Лаучнер; постдокторант Цзянь Линь; Дуглас Нательсон, профессор физики и астрономии, электротехники и вычислительной техники, и Кришна Палем, профессор компьютерных наук, электротехники и вычислительной техники Кен и Одри Кеннеди, а также профессор статистики. Тур — это T.T. и W.F. Кафедра химии Чао, а также профессор машиностроения, материаловедения и информатики в Райс.
Корпорация Boeing и Управление научных исследований ВВС финансировали работу.