Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra i dettagli di un array di memoria crossbar da 1 kilobit progettato e costruito alla Rice University utilizzando l'ossido di silicio come elemento attivo. Credito:Tour Group/Rice University
Un laboratorio della Rice University all'avanguardia nei dispositivi di memoria che utilizzano dispositivi economici, l'abbondanza di ossido di silicio per memorizzare i dati li ha spinti oltre con chip che mostrano la praticità della tecnologia.
Il team guidato dal chimico della Rice James Tour ha costruito un dispositivo riscrivibile all'ossido di silicio da 1 kilobit con diodi che eliminano la diafonia che danneggia i dati.
Un articolo sul nuovo lavoro appare questa settimana sul giornale Materiale avanzato .
Con i gigabyte di memoria flash che diventano costantemente più economici, un'unità di memoria non volatile da 1k ha scarso utilizzo pratico. Ma come prova del concetto, il chip mostra che dovrebbe essere possibile superare i limiti della memoria flash nella densità di imballaggio, consumo di energia per bit e velocità di commutazione.
La tecnica si basa su una precedente scoperta del laboratorio Tour:quando l'elettricità passa attraverso uno strato di ossido di silicio, rimuove le molecole di ossigeno e crea un canale di puro silicio in fase metallica largo meno di cinque nanometri. Le normali tensioni operative possono ripetutamente rompere e "guarire" il canale, che può essere letto come "1" o "0" a seconda che sia rotto o intatto.
I circuiti richiedono solo due terminali invece di tre, come nella maggior parte dei chip di memoria. Le memorie crossbar costruite dal laboratorio Rice sono flessibili, resiste al calore e alle radiazioni e promette di impilare in array tridimensionali. I rudimentali ricordi di silicio realizzati nel laboratorio Tour sono ora a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dove vengono testati per la loro capacità di mantenere un modello quando esposti alle radiazioni.
La Rice University ha costruito chip di memoria crossbar basati sull'ossido di silicio che mostrano il potenziale per memorie 3D di prossima generazione per computer e dispositivi consumer. Credito:Tour Group/Rice University
I diodi eliminano la diafonia inerente alle strutture trasversali impedendo allo stato elettronico di una cella di fuoriuscire nelle celle adiacenti, Tour ha detto. "Non è stato facile da sviluppare, ma ora è molto facile da realizzare, " Egli ha detto.
Il dispositivo costruito dal ricercatore post-dottorato della Rice Gunuk Wang, autore principale del nuovo articolo, avvolge l'ossido di silicio attivo tra strati di palladio. I sandwich di silicio-palladio poggiano su un sottile strato di alluminio che si combina con uno strato di base di silicio drogato con p per agire come un diodo. Gli array di test a 32 x 32 bit di Wang sono profondi poco più di un micrometro con larghezze di linea trasversali da 10 a 100 micrometri a scopo di test.
"Non abbiamo cercato di miniaturizzare, " Tour ha detto. "Abbiamo già dimostrato il filamento nativo sub-5 nanometri, che funzionerà con la più piccola dimensione di linea che l'industria possa realizzare."
Un diodo fatto di silicio e alluminio rende possibile una cella di memoria a due terminali di palladio e ossido di silicio in una nuova ricerca degli scienziati della Rice University. Le cellule non volatili mostrano la promessa per una nuova generazione di cellule dense, memoria 3D affidabile. Credito:Tour Group/Rice University
I dispositivi si sono dimostrati robusti, con un alto rapporto on/off di circa 10, 000 a 1, oltre l'equivalente di 10 anni di utilizzo, basso consumo energetico e persino la capacità di commutazione multibit, che consentirebbe l'archiviazione delle informazioni a densità più elevata rispetto ai sistemi di memoria a due stati convenzionali.
I dispositivi soprannominati "un diodo-un resistore" (1D-1R) hanno funzionato particolarmente bene se confrontati con le versioni di prova (1R) prive del diodo, ha detto Wang. "Usare solo l'ossido di silicio non era abbastanza, " ha detto. "In una struttura a traversa (1R) con solo il materiale di memoria, se abbiamo fatto 1, 024 cellule, solo circa 63 celle funzionerebbero individualmente. Ci sarebbe diafonia, e questo era un problema".
I chip di memoria da un kilobit basati sull'ossido di silicio hanno il potenziale per superare i limiti della memoria flash nella densità di imballaggio, consumo di energia per bit e velocità di commutazione, secondo i ricercatori della Rice University. Gli ultimi chip hanno diodi incorporati che impediscono la diafonia che danneggia i dati tra le singole celle di memoria. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Per provare le capacità dell'1D-1R, Wang ha isolato 3 x 3 griglie e ha codificato lettere ASCII che spiegano "GUFO DI RISO" nei bit. L'impostazione dei bit adiacenti allo stato "on" - di solito una condizione che porta a perdite di tensione e corruzione dei dati in una struttura a barre incrociate 1R - non ha avuto alcun effetto sulle informazioni, Egli ha detto.
Il ricercatore della Rice University Gunuk Wang ha scritto il codice ASCII per "RICE OWLS" in una nuova generazione di chip di memoria a base di ossido di silicio sviluppati alla Rice. La tecnologia alla base dei chip ha il potenziale per superare i limiti dell'attuale memoria flash che si trova comunemente nei computer e nei dispositivi consumer. Credito:Tour Group/Rice University
Gunuk Wang, ricercatore della Rice University, possiede un chip con quattro memorie da 1 kilobit a base di ossido di silicio. Wang ha aggiunto diodi a ciascun bit per prevenire la diafonia che danneggia i dati tra le singole celle di memoria. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
"Dal punto di vista ingegneristico di questo, integrare i diodi in un array di memoria da 1k non è cosa da poco, " Tour ha detto. "Sarà compito dell'industria ridimensionare questo in memorie commerciali, ma questa dimostrazione dimostra che si può fare".
