Cette image et ce schéma au microscope électronique à balayage montrent la conception et la composition de nouveaux dispositifs de mémoire RRAM à base d'oxyde de silicium poreux qui ont été créés à l'Université Rice. Crédit :Tour Group/Rice University
(Phys.org) —La technologie révolutionnaire d'oxyde de silicium de l'Université Rice pour la haute densité, la mémoire informatique de nouvelle génération est un pas de plus vers la production de masse, grâce à un raffinement qui permettra aux fabricants de fabriquer des appareils à température ambiante avec des méthodes de production conventionnelles.
Découvert pour la première fois il y a cinq ans, Les mémoires en oxyde de silicium de Rice sont un type de technologie de "mémoire à accès aléatoire résistive" (RRAM). Dans un nouvel article disponible en ligne dans la revue American Chemical Society Lettres nano , une équipe Rice dirigée par le chimiste James Tour a comparé sa technologie RRAM à plus d'une douzaine de versions concurrentes.
"Cette mémoire est supérieure à toutes les autres mémoires résistives unipolaires à deux bornes par presque toutes les métriques, " Et parce que nos appareils utilisent de l'oxyde de silicium, le matériau le plus étudié sur Terre, la physique sous-jacente est à la fois bien comprise et facile à mettre en œuvre dans les installations de fabrication existantes. du génie mécanique et de la nano-ingénierie et de l'informatique.
Tour et ses collègues ont commencé à travailler sur leur technologie RRAM révolutionnaire il y a plus de cinq ans. Le concept de base derrière les dispositifs de mémoire résistifs est l'insertion d'un matériau diélectrique - un matériau qui ne conduit normalement pas l'électricité - entre deux fils. Lorsqu'une tension suffisamment élevée est appliquée sur les fils, un chemin de conduction étroit peut être formé à travers le matériau diélectrique.
La présence ou l'absence de ces voies de conduction peut être utilisée pour représenter les 1 et les 0 binaires des données numériques. La recherche avec un certain nombre de matériaux diélectriques au cours de la dernière décennie a montré que de telles voies de conduction peuvent être formées, brisé et réformé des milliers de fois, ce qui signifie que la RRAM peut être utilisée comme base de mémoire vive réinscriptible.
La RRAM est en cours de développement dans le monde entier et devrait supplanter la technologie de mémoire flash sur le marché d'ici quelques années, car elle est plus rapide que la mémoire flash et peut contenir beaucoup plus d'informations dans moins d'espace. Par exemple, les fabricants ont annoncé des plans pour des prototypes de puces RRAM qui seront capables de stocker environ un téraoctet de données sur un appareil de la taille d'un timbre-poste, soit plus de 50 fois la densité de données de la technologie actuelle de mémoire flash.
Cette illustration représente la voie de filament cristallin réinscriptible dans les dispositifs de mémoire RRAM à oxyde de silicium poreux de l'Université Rice. Crédit :Tour Group/Rice University
L'ingrédient clé de la RRAM de Rice est son composant diélectrique, oxyde de silicium. Le silicium est l'élément le plus abondant sur Terre et l'ingrédient de base des puces électroniques conventionnelles. Les technologies de fabrication de la microélectronique à base de silicium sont répandues et faciles à comprendre, mais jusqu'à la découverte en 2010 des voies de filaments conducteurs dans l'oxyde de silicium dans le laboratoire de Tour, le matériau n'était pas considéré comme une option pour la RRAM.
Depuis, L'équipe de Tour s'est précipitée pour développer davantage sa RRAM et l'a même utilisée pour de nouveaux appareils exotiques tels que des puces de mémoire flexibles transparentes. À la fois, les chercheurs ont également mené d'innombrables tests pour comparer les performances des mémoires en oxyde de silicium avec les technologies RRAM diélectriques concurrentes.
« Notre technologie est la seule qui réponde à toutes les exigences du marché, tant du point de vue de la production que de la performance, pour la mémoire non volatile, " a déclaré Tour. " Il peut être fabriqué à température ambiante, a une tension de formation extrêmement basse, rapport marche-arrêt élevé, Basse consommation énergétique, capacité de neuf bits par cellule, des vitesses de commutation exceptionnelles et une excellente endurance au cyclisme."
Dans la dernière étude, une équipe dirigée par l'auteur principal et chercheur postdoctoral de Rice, Gunuk Wang, a montré que l'utilisation d'une version poreuse d'oxyde de silicium pouvait considérablement améliorer la RRAM de Rice de plusieurs manières. D'abord, le matériau poreux a réduit la tension de formation - la puissance nécessaire pour former des chemins de conduction - à moins de deux volts, une amélioration de 13 fois par rapport au meilleur précédent de l'équipe et un nombre qui se compare aux technologies RRAM concurrentes. En outre, l'oxyde de silicium poreux a également permis à l'équipe de Tour d'éliminer le besoin d'une "structure de bord d'appareil".
"Cela signifie que nous pouvons prendre une feuille d'oxyde de silicium poreux et simplement déposer des électrodes sans avoir à fabriquer des bords, " a déclaré Tour. " Lorsque nous avons fait notre première annonce sur l'oxyde de silicium en 2010, l'une des premières questions que l'industrie m'a posées était de savoir si nous pouvions le faire sans fabriquer de bords. A l'époque on ne pouvait pas, mais le passage à l'oxyde de silicium poreux nous permet enfin de le faire."
Cette image au microscope électronique montre la surface du matériau d'oxyde de silicium nanoporeux utilisé dans les nouveaux dispositifs de mémoire RRAM de l'Université Rice. Les zones rouges mettent en évidence les lacunes, ou des vides, dans le revêtement d'oxyde de silicium amorphe du matériau. Crédit :Tour Group/Rice University
Wang a dit, "Nous avons également démontré que le matériau en oxyde de silicium poreux augmentait les cycles d'endurance plus de 100 fois par rapport aux précédentes mémoires en oxyde de silicium non poreux. Enfin, le matériau d'oxyde de silicium poreux a une capacité jusqu'à neuf bits par cellule qui est le nombre le plus élevé parmi les mémoires à base d'oxyde, et la capacité multiple n'est pas affectée par les températures élevées."
Tour a déclaré que les derniers développements avec l'oxyde de silicium poreux - tension de formation réduite, élimination du besoin de fabrication de bords, un excellent cyclisme d'endurance et une capacité multi-bits sont extrêmement attrayants pour les entreprises de mémoire.
"C'est un accomplissement majeur, et nous avons déjà été approchés par des entreprises intéressées par une licence pour cette nouvelle technologie, " il a dit.
Les co-auteurs de l'étude, tous de Rice, comprennent le chercheur postdoctoral Yang Yang; le chercheur scientifique Jae-Hwang Lee; étudiants diplômés Vera Abramova, Huilong Fei et Gedeng Ruan; et Edwin Thomas, le doyen William et Stephanie Sick de la George R. Brown School of Engineering de Rice, professeur en génie mécanique et science des matériaux et en génie chimique et biomoléculaire.
