Questa immagine al microscopio elettronico a scansione e lo schema mostrano il design e la composizione dei nuovi dispositivi di memoria RRAM basati sull'ossido di silicio poroso che sono stati creati alla Rice University. Credito:Tour Group/Rice University
(Phys.org) —La rivoluzionaria tecnologia dell'ossido di silicio della Rice University per l'alta densità, la memoria per computer di nuova generazione è un passo avanti verso la produzione di massa, grazie a un perfezionamento che consentirà ai produttori di fabbricare dispositivi a temperatura ambiente con metodi di produzione convenzionali.
Scoperto per la prima volta cinque anni fa, Le memorie di ossido di silicio di Rice sono un tipo di due terminali, tecnologia "memoria ad accesso casuale resistivo" (RRAM). In un nuovo articolo disponibile online sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere , un team di Rice guidato dal chimico James Tour ha confrontato la sua tecnologia RRAM con più di una dozzina di versioni concorrenti.
"Questa memoria è superiore a tutte le altre memorie resistive unipolari a due terminali di quasi tutti i parametri, "Ha detto Tour. "E poiché i nostri dispositivi utilizzano l'ossido di silicio, il materiale più studiato sulla Terra, la fisica sottostante è sia ben compresa che facile da implementare nelle strutture di fabbricazione esistenti." Tour è TT e WF Chao Chair in Chemistry di Rice e professore dell'ingegneria meccanica e della nanoingegneria e dell'informatica.
Tour e colleghi hanno iniziato a lavorare sulla loro rivoluzionaria tecnologia RRAM più di cinque anni fa. Il concetto alla base dei dispositivi di memoria resistiva è l'inserimento di un materiale dielettrico, uno che normalmente non conduce elettricità, tra due fili. Quando viene applicata una tensione sufficientemente alta ai fili, uno stretto percorso di conduzione può essere formato attraverso il materiale dielettrico.
La presenza o l'assenza di questi percorsi di conduzione può essere utilizzata per rappresentare gli 1 e gli 0 binari dei dati digitali. La ricerca con un certo numero di materiali dielettrici nell'ultimo decennio ha dimostrato che tali percorsi di conduzione possono essere formati, spezzato e riformato migliaia di volte, il che significa che la RRAM può essere utilizzata come base per la memoria riscrivibile ad accesso casuale.
La RRAM è in fase di sviluppo in tutto il mondo e dovrebbe soppiantare la tecnologia delle memorie flash sul mercato entro pochi anni perché è più veloce della flash e può contenere molte più informazioni in meno spazio. Per esempio, i produttori hanno annunciato piani per prototipi di chip RRAM che saranno in grado di memorizzare circa un terabyte di dati su un dispositivo delle dimensioni di un francobollo, oltre 50 volte la densità di dati dell'attuale tecnologia di memoria flash.
Questa illustrazione mostra il percorso del filamento cristallino riscrivibile nei dispositivi di memoria RRAM a ossido di silicio poroso della Rice University. Credito:Tour Group/Rice University
L'ingrediente chiave della RRAM di Rice è il suo componente dielettrico, ossido di silicio. Il silicio è l'elemento più abbondante sulla Terra e l'ingrediente base dei microchip convenzionali. Le tecnologie di fabbricazione della microelettronica basate sul silicio sono diffuse e facilmente comprensibili, ma fino alla scoperta del 2010 di percorsi di filamenti conduttivi nell'ossido di silicio nel laboratorio di Tour, il materiale non era considerato un'opzione per RRAM.
Da allora, Il team di Tour ha corso per sviluppare ulteriormente la sua RRAM e l'ha persino utilizzata per nuovi dispositivi esotici come chip di memoria flessibili trasparenti. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno anche condotto innumerevoli test per confrontare le prestazioni delle memorie a ossido di silicio con le tecnologie RRAM dielettriche concorrenti.
"La nostra tecnologia è l'unica che soddisfa ogni esigenza del mercato, sia dal punto di vista della produzione che delle prestazioni, per la memoria non volatile, " Tour ha detto. "Può essere prodotto a temperatura ambiente, ha una tensione di formatura estremamente bassa, alto rapporto on-off, basso consumo energetico, capacità di nove bit per cella, velocità di commutazione eccezionali ed eccellente resistenza in bicicletta."
Nell'ultimo studio, un team guidato dall'autore principale e ricercatore post-dottorato di Rice Gunuk Wang ha dimostrato che l'utilizzo di una versione porosa dell'ossido di silicio potrebbe migliorare notevolmente la RRAM di Rice in diversi modi. Primo, il materiale poroso riduceva la tensione di formatura, la potenza necessaria per formare percorsi di conduzione, a meno di due volt, un miglioramento di 13 volte rispetto al precedente record del team e un numero che si confronta con le tecnologie RRAM concorrenti. Inoltre, l'ossido di silicio poroso ha anche permesso al team di Tour di eliminare la necessità di una "struttura del bordo del dispositivo".
"Ciò significa che possiamo prendere un foglio di ossido di silicio poroso e far cadere gli elettrodi senza dover fabbricare bordi, " Tour ha detto. "Quando abbiamo fatto il nostro annuncio iniziale sull'ossido di silicio nel 2010, una delle prime domande che ho ricevuto dall'industria è stata se potevamo farlo senza fabbricare bordi. All'epoca non potevamo, ma il passaggio all'ossido di silicio poroso ci permette finalmente di farlo".
Questa immagine al microscopio elettronico mostra la superficie del materiale nanoporoso di ossido di silicio utilizzato nei nuovi dispositivi di memoria RRAM della Rice University. Le aree rosse evidenziano le lacune, o vuoti, nel rivestimento di ossido di silicio amorfo del materiale. Credito:Tour Group/Rice University
Wang ha detto, "Abbiamo anche dimostrato che il materiale poroso di ossido di silicio ha aumentato i cicli di resistenza più di 100 volte rispetto alle precedenti memorie di ossido di silicio non poroso. Infine, il materiale poroso di ossido di silicio ha una capacità fino a nove bit per cella che è il numero più alto tra le memorie a base di ossido, e la capacità multipla non è influenzata dalle alte temperature."
Tour ha affermato che gli ultimi sviluppi con l'ossido di silicio poroso, una tensione di formatura ridotta, eliminazione della necessità di fabbricazione dei bordi, eccellente ciclo di resistenza e capacità multi-bit:sono estremamente interessanti per le aziende di memoria.
"Questo è un risultato importante, e siamo già stati contattati da aziende interessate a concedere in licenza questa nuova tecnologia, " Egli ha detto.
I coautori dello studio, tutti della Rice, includono il ricercatore post-dottorato Yang Yang; ricercatore Jae-Hwang Lee; studenti laureati Vera Abramova, Huilong Fei e Gedeng Ruan; e Edwin Thomas, il William e Stephanie Sick Dean della George R. Brown School of Engineering di Rice, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di ingegneria chimica e biomolecolare.
