Een laboratorium van de Rice University dat pioniert met geheugenapparaten die goedkope, overvloedig siliciumoxide om gegevens op te slaan heeft hen een stap verder geduwd met chips die de bruikbaarheid van de technologie aantonen.

Het team onder leiding van Rice-chemicus James Tour heeft een herschrijfbaar siliciumoxide-apparaat van 1 kilobit gebouwd met diodes die gegevenscorrupte overspraak elimineren.

Een paper over het nieuwe werk verschijnt deze week in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Nu gigabytes aan flashgeheugen steeds goedkoper worden, een 1k niet-vluchtig geheugen heeft weinig praktisch nut. Maar als proof of concept, de chip laat zien dat het mogelijk moet zijn om de beperkingen van flash-geheugen in pakdichtheid te overtreffen, energieverbruik per bit en schakelsnelheid.

De techniek is gebaseerd op een eerdere ontdekking door het Tour-lab:wanneer elektriciteit door een laag siliciumoxide gaat, het verwijdert zuurstofmoleculen en creëert een kanaal van puur metaalfase-silicium dat minder dan vijf nanometer breed is. Normale bedrijfsspanningen kunnen het kanaal herhaaldelijk breken en "genezen", die kan worden gelezen als een "1" of "0", afhankelijk van of het gebroken of intact is.

De circuits hebben slechts twee terminals nodig in plaats van drie, zoals in de meeste geheugenchips. De crossbar-geheugens die door het Rice-lab zijn gebouwd, zijn flexibel, bestand zijn tegen hitte en straling en veelbelovend voor stapelen in driedimensionale arrays. Rudimentaire siliciumgeheugens gemaakt in het Tour-lab bevinden zich nu aan boord van het internationale ruimtestation, waar ze worden getest op hun vermogen om een ​​patroon vast te houden bij blootstelling aan straling.

De diodes elimineren overspraak die inherent is aan crossbar-structuren door te voorkomen dat de elektronische toestand van een cel naar aangrenzende cellen lekt, zei toer. "Het was niet gemakkelijk om te ontwikkelen, maar het is nu heel gemakkelijk te maken, " hij zei.

Het apparaat gebouwd door Rice postdoctoraal onderzoeker Gunuk Wang, hoofdauteur van het nieuwe artikel, sandwich het actieve siliciumoxide tussen lagen palladium. De silicium-palladiumsandwiches rusten op een dunne laag aluminium die wordt gecombineerd met een basislaag van p-gedoteerd silicium om als een diode te werken. Wang's 32 x 32-bits testarrays zijn iets meer dan een micrometer diep met lijnbreedtes van 10 tot 100 micrometer voor testdoeleinden.

"We hebben niet geprobeerd het te verkleinen, "Zei Tour. "We hebben de inheemse sub-5-nanometer gloeidraad al gedemonstreerd, die gaat werken met de kleinste lijngrootte die de industrie kan maken."

De apparaten hebben bewezen robuust te zijn, met een hoge aan/uit-verhouding van ongeveer 10, 000 tot 1, over het equivalent van 10 jaar gebruik, laag energieverbruik en zelfs de mogelijkheid voor multibit-switching, die informatieopslag met een hogere dichtheid mogelijk zou maken dan conventionele geheugensystemen met twee toestanden.

De apparaten met de naam "één diode-één weerstand" (1D-1R) werkten vooral goed in vergelijking met testversies (1R) die de diode misten, zei Wang. "Alleen het siliciumoxide gebruiken was niet genoeg, " zei hij. "In een (1R) dwarsbalkstructuur met alleen het geheugenmateriaal, als we er 1, 024 cellen, slechts ongeveer 63 cellen zouden afzonderlijk werken. Er zou overspraak zijn, en dat was een probleem."

Om de mogelijkheden van de 1D-1R te ​​bewijzen, Wang isoleerde 3 x 3 roosters en codeerde ASCII-letters waarin "RICE OWLS" in de bits werd gespeld. Het instellen van aangrenzende bits op de "aan"-status - meestal een toestand die leidt tot spanningslekken en gegevenscorruptie in een 1R-kruisbalkstructuur - had geen effect op de informatie, hij zei.

"Van de technische kant hiervan, het integreren van diodes in een 1k-geheugenarray is geen sinecure, Tour zei. "Het zal de taak van de industrie zijn om dit op te schalen naar commerciële herinneringen, maar deze demonstratie laat zien dat het kan."