Gli scienziati della Rice University hanno creato i primi chip di memoria a due terminali che utilizzano solo silicio, una delle sostanze più comuni sul pianeta, in un modo che dovrebbe essere facilmente adattabile alle tecniche di produzione nanoelettronica e promette di estendere i limiti della miniaturizzazione soggetti alla legge di Moore.

L'anno scorso, i ricercatori del laboratorio di Rice, il professor James Tour, hanno mostrato come la corrente elettrica possa ripetutamente interrompere e ricollegare strisce di grafite da 10 nanometri, una forma di carbonio, per creare un robusto, "bit" di memoria affidabile. Al tempo, non capivano del tutto perché funzionasse così bene.

Ora, loro fanno. Una nuova collaborazione dei laboratori Rice dei professori Tour, Douglas Natelson e Lin Zhong hanno dimostrato che il circuito non ha affatto bisogno del carbonio.

Jun Yao, uno studente laureato nel laboratorio di Tour e autore principale del documento che apparirà nell'edizione online di Nano lettere , ha confermato la sua idea rivoluzionaria quando ha inserito uno strato di ossido di silicio, un isolante, tra fogli semiconduttori di silicio policristallino che fungevano da elettrodi superiore e inferiore.

L'applicazione di una carica agli elettrodi ha creato un percorso conduttivo rimuovendo gli atomi di ossigeno dall'ossido di silicio e formando una catena di cristalli di silicio di dimensioni nanometriche. Una volta formato, la catena può essere ripetutamente spezzata e ricollegata applicando un impulso di tensione variabile.

I fili di nanocristalli hanno una larghezza di appena 5 nanometri, molto più piccolo dei circuiti anche nei computer e nei dispositivi elettronici più avanzati.

"La bellezza di esso è la sua semplicità, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica. Quella, Egli ha detto, sarà la chiave per la scalabilità della tecnologia. Gli interruttori o le posizioni di memoria all'ossido di silicio richiedono solo due terminali, non tre (come nella memoria flash), perché il processo fisico non richiede che il dispositivo mantenga una carica.

Significa anche che strati di memoria all'ossido di silicio possono essere impilati in piccoli ma capienti array tridimensionali. "Mi è stato detto dall'industria che se non sei nel business della memoria 3D in quattro anni, non sarai nel business della memoria. Questo è perfettamente adatto per questo, " Disse Giro.

Le memorie all'ossido di silicio sono compatibili con la tecnologia di produzione di transistor convenzionale, detto Giro, che di recente ha partecipato a un seminario della National Science Foundation e dell'IBM sulla rottura delle barriere alla Legge di Moore, che afferma che il numero di dispositivi su un circuito raddoppia ogni 18-24 mesi.

"I produttori sentono di poter ottenere percorsi fino a 10 nanometri. La memoria flash colpirà un muro di mattoni a circa 20 nanometri. Ma come possiamo andare oltre? Bene, la nostra tecnica è perfettamente adatta per circuiti sub-10 nanometri, " Egli ha detto.

La società di progettazione tecnologica di Austin PrivaTran sta già testando al banco un chip di ossido di silicio con 1, 000 elementi di memoria costruiti in collaborazione con il Tour lab. "Siamo davvero entusiasti di dove stanno andando i dati qui, " ha dichiarato il CEO di PrivaTran Glenn Mortland, che sta utilizzando la tecnologia in diversi progetti sostenuti dall'Ufficio Ricerche dell'Esercito, Fondazione Nazionale della Scienza, Ufficio di ricerca scientifica dell'Aeronautica Militare, e i programmi di ricerca sull'innovazione per le piccole imprese (SBIR) e il trasferimento di tecnologia per le piccole imprese dei sistemi navali e navali della marina militare.

"Il nostro finanziamento originale per i clienti era orientato verso memorie più ad alta densità, " Mortland ha detto. "Ecco dove la maggior parte dei clienti paganti vede questo andare. Penso, lungo la strada, ci saranno applicazioni collaterali in varie configurazioni non volatili."

Yao ha avuto difficoltà a convincere i suoi colleghi che l'ossido di silicio da solo potrebbe creare un circuito. "Gli altri membri del gruppo non gli credevano, " disse Giro, che ha aggiunto che nessuno ha riconosciuto il potenziale dell'ossido di silicio, anche se è "il materiale più studiato nella storia umana".

"La maggior parte delle persone, quando hanno visto questo effetto, direi, 'Oh, abbiamo avuto una rottura dell'ossido di silicio, ' e lo buttano fuori, " ha detto. "Era solo seduto lì in attesa di essere sfruttato."

In altre parole, quello che era un bug si è rivelato una caratteristica.

Yao è andato al tappeto per la sua idea. Per prima cosa ha sostituito una varietà di materiali con la grafite e ha scoperto che nessuno di loro ha cambiato le prestazioni del circuito. Quindi lasciò cadere completamente il carbonio e il metallo e inserì l'ossido di silicio tra i terminali di silicio. Ha funzionato.

"È stato un momento davvero difficile per me, perché la gente non ci credeva, " disse Yao. Infine, come prova del concetto, ha tagliato un nanotubo di carbonio per localizzare il sito di commutazione, ha tagliato un pezzo molto sottile di ossido di silicio con un fascio di ioni focalizzato e ha identificato un percorso di silicio su scala nanometrica al microscopio elettronico a trasmissione.

"Questa è ricerca, " Yao ha detto. "Se fai qualcosa e tutti annuiscono con la testa, allora probabilmente non è così grande. Ma se fai qualcosa e tutti scuotono la testa, poi lo dimostri potrebbe essere grande.

"Non importa quante persone non ci credono. Quello che importa è se è vero o no."

I circuiti all'ossido di silicio offrono tutti i vantaggi del dispositivo in grafite precedentemente riportato. Sono caratterizzati da alti rapporti on-off, eccellente resistenza e commutazione rapida (inferiore a 100 nanosecondi).

Saranno anche resistenti alle radiazioni, che dovrebbe renderli adatti per applicazioni militari e della NASA. "È chiaro che ci sono molti usi resistenti alle radiazioni per questa tecnologia, " ha detto Mortland.

L'ossido di silicio funziona anche in array di porte riprogrammabili costruiti da NuPGA, una società costituita lo scorso anno attraverso brevetti in collaborazione con la Rice University. I dispositivi di NuPGA aiuteranno nella progettazione di circuiti per computer basati su array verticali di ossido di silicio incorporati in "vias, " i buchi nei circuiti integrati che collegano strati di circuiti. Tali array di porte riscrivibili potrebbero ridurre drasticamente i costi di progettazione di dispositivi elettronici complessi.