Les scientifiques de l'Université Rice ont créé les premières puces mémoire à deux bornes qui n'utilisent que du silicium, l'une des substances les plus courantes sur la planète, d'une manière qui devrait être facilement adaptable aux techniques de fabrication nanoélectronique et promet d'étendre les limites de la miniaturisation soumise à la loi de Moore.

L'année dernière, des chercheurs du laboratoire du professeur Rice James Tour ont montré comment le courant électrique pouvait à plusieurs reprises casser et reconnecter des bandes de graphite de 10 nanomètres, une forme de carbone, pour créer un solide, mémoire fiable "bit". À l'époque, ils ne comprenaient pas vraiment pourquoi cela fonctionnait si bien.

Maintenant, ils font. Une nouvelle collaboration des Rice labs des professeurs Tour, Douglas Natelson et Lin Zhong ont prouvé que le circuit n'avait pas du tout besoin de carbone.

Jun Yao, un étudiant diplômé du laboratoire de Tour et auteur principal de l'article à paraître dans l'édition en ligne de Lettres nano , a confirmé son idée révolutionnaire lorsqu'il a pris en sandwich une couche d'oxyde de silicium, un isolant, entre des feuilles semi-conductrices de silicium polycristallin qui servaient d'électrodes supérieure et inférieure.

L'application d'une charge aux électrodes a créé une voie conductrice en éliminant les atomes d'oxygène de l'oxyde de silicium et en formant une chaîne de cristaux de silicium de taille nanométrique. Une fois formé, la chaîne peut être rompue et reconnectée à plusieurs reprises en appliquant une impulsion de tension variable.

Les fils de nanocristaux sont aussi petits que 5 nanomètres de large, bien plus petit que les circuits, même dans les ordinateurs et les appareils électroniques les plus avancés.

"La beauté de celui-ci est sa simplicité, " dit Tour, T.T. et W.F. de Rice Chaire Chao en chimie ainsi que professeur de génie mécanique et science des matériaux et d'informatique. Cette, il a dit, sera la clé de l'évolutivité de la technologie. Les commutateurs en oxyde de silicium ou les emplacements de mémoire ne nécessitent que deux terminaux, pas trois (comme dans la mémoire flash), parce que le processus physique ne nécessite pas que l'appareil tienne une charge.

Cela signifie également que des couches de mémoire en oxyde de silicium peuvent être empilées dans des matrices tridimensionnelles minuscules mais volumineuses. "L'industrie m'a dit que si vous n'êtes pas dans le secteur de la mémoire 3D dans quatre ans, vous n'allez pas être dans le business de la mémoire. Ceci est parfaitement adapté pour cela, ", a déclaré la tournée.

Les mémoires en oxyde de silicium sont compatibles avec la technologie conventionnelle de fabrication de transistors, dit Tour, qui a récemment assisté à un atelier de la National Science Foundation et d'IBM sur la suppression des barrières à la loi de Moore, qui précise que le nombre d'appareils sur un circuit double tous les 18 à 24 mois.

"Les fabricants pensent qu'ils peuvent obtenir des chemins jusqu'à 10 nanomètres. La mémoire flash va heurter un mur de briques à environ 20 nanomètres. Mais comment pouvons-nous aller au-delà? Eh bien, notre technique est parfaitement adaptée aux circuits sous 10 nanomètres, " il a dit.

La société de conception technologique d'Austin PrivaTran teste déjà au banc une puce d'oxyde de silicium avec 1, 000 éléments de mémoire construits en collaboration avec le Tour lab. « Nous sommes vraiment ravis de savoir où vont les données ici, " a déclaré Glenn Mortland, PDG de PrivaTran, qui utilise la technologie dans plusieurs projets soutenus par l'Army Research Office, Fondation nationale de la science, Bureau de la recherche scientifique de l'armée de l'air, et les programmes Navy Space and Naval Warfare Systems Command Small Business Innovation Research (SBIR) et Small Business Technology Transfer.

« Notre financement client initial était orienté vers des mémoires plus haute densité, " Mortland a déclaré. "C'est là que la plupart des clients payants voient cela se passer. Je pense, le long du chemin, il y aura des applications secondaires dans diverses configurations non volatiles."

Yao a eu du mal à convaincre ses collègues que l'oxyde de silicium seul pouvait faire un circuit. "Les autres membres du groupe ne l'ont pas cru, " dit Tour, qui a ajouté que personne ne reconnaissait le potentiel de l'oxyde de silicium, même si c'est "le matériau le plus étudié de l'histoire de l'humanité".

"La plupart des gens, quand ils ont vu cet effet, dirait, 'Oh, nous avons eu une panne d'oxyde de silicium, ' et ils le jettent, " dit-il. " Il était juste assis là, attendant d'être exploité. "

En d'autres termes, ce qui était un bug s'est avéré être une fonctionnalité.

Yao est allé au tapis pour son idée. Il a d'abord remplacé le graphite par une variété de matériaux et n'a découvert qu'aucun d'entre eux ne modifiait les performances du circuit. Ensuite, il a laissé tomber entièrement le carbone et le métal et a pris en sandwich l'oxyde de silicium entre les bornes de silicium. Ça a marché.

"C'était une période très difficile pour moi, parce que les gens n'y croyaient pas, " dit Yao. Enfin, comme preuve de concept, il a découpé un nanotube de carbone pour localiser le site de commutation, tranché un morceau très fin d'oxyde de silicium par faisceau d'ions focalisé et identifié une voie de silicium à l'échelle nanométrique sous un microscope électronique à transmission.

"C'est de la recherche, " Yao a dit. " Si vous faites quelque chose et que tout le monde hoche la tête, alors ce n'est probablement pas si gros. Mais si vous faites quelque chose et que tout le monde secoue la tête, alors tu le prouves, ça peut être gros.

"Peu importe combien de personnes n'y croient pas. Ce qui compte, c'est si c'est vrai ou non."

Les circuits en oxyde de silicium présentent tous les avantages du dispositif en graphite précédemment rapporté. Ils présentent des rapports marche/arrêt élevés, excellente endurance et commutation rapide (inférieure à 100 nanosecondes).

Ils seront également résistants aux radiations, ce qui devrait les rendre adaptés aux applications militaires et de la NASA. "Il est clair qu'il y a beaucoup d'utilisations durcies aux radiations pour cette technologie, " dit Mortland.

L'oxyde de silicium fonctionne également dans les réseaux de portes reprogrammables construits par NuPGA, une société formée l'année dernière grâce à des brevets en collaboration avec Rice University. Les dispositifs de NuPGA aideront à la conception de circuits informatiques basés sur des réseaux verticaux d'oxyde de silicium intégrés dans des "vias, " les trous dans les circuits intégrés qui relient les couches de circuits. De tels réseaux de portes réinscriptibles pourraient réduire considérablement le coût de conception de dispositifs électroniques complexes.