Une image au microscope électronique à balayage montre les détails d'une matrice de mémoire crossbar de 1 kilobit conçue et construite à l'Université Rice en utilisant de l'oxyde de silicium comme élément actif. Crédit :Tour Group/Rice University
Un laboratoire de l'Université Rice pionnier des dispositifs de mémoire qui utilisent bon marché, l'oxyde de silicium abondant pour stocker les données les a poussés encore plus loin avec des puces qui montrent la praticité de la technologie.
L'équipe dirigée par le chimiste Rice James Tour a construit un dispositif d'oxyde de silicium réinscriptible de 1 kilobit avec des diodes qui éliminent la diaphonie qui corrompt les données.
Un article sur le nouveau travail paraît cette semaine dans la revue Matériaux avancés .
Avec des gigaoctets de mémoire flash de moins en moins chers, une unité de mémoire non volatile de 1k a peu d'utilité pratique. Mais comme preuve de concept, la puce montre qu'il devrait être possible de dépasser les limites de la mémoire flash en termes de densité d'emballage, consommation d'énergie par bit et vitesse de commutation.
La technique est basée sur une découverte antérieure du laboratoire de Tour :lorsque l'électricité traverse une couche d'oxyde de silicium, il élimine les molécules d'oxygène et crée un canal de silicium en phase métallique pur d'une largeur inférieure à cinq nanomètres. Les tensions de fonctionnement normales peuvent à plusieurs reprises casser et "guérir" le canal, qui peut être lu comme un "1" ou un "0" selon qu'il est cassé ou intact.
Les circuits ne nécessitent que deux bornes au lieu de trois, comme dans la plupart des puces mémoire. Les mémoires crossbar construites par le laboratoire Rice sont flexibles, résistent à la chaleur et au rayonnement et sont prometteurs pour l'empilement dans des réseaux tridimensionnels. Des mémoires rudimentaires en silicium fabriquées dans le laboratoire du Tour sont désormais à bord de la Station spatiale internationale, où ils sont testés pour leur capacité à conserver un motif lorsqu'ils sont exposés à des rayonnements.
L'Université Rice a construit des puces de mémoire crossbar à base d'oxyde de silicium qui présentent un potentiel pour les mémoires 3D de nouvelle génération pour les ordinateurs et les appareils grand public. Crédit :Tour Group/Rice University
Les diodes éliminent la diaphonie inhérente aux structures crossbar en empêchant l'état électronique d'une cellule de fuir dans les cellules adjacentes, Tour dit. "Ce n'était pas facile à développer, mais c'est maintenant très facile à faire, " il a dit.
L'appareil construit par le chercheur postdoctoral Rice Gunuk Wang, auteur principal du nouveau document, prend en sandwich l'oxyde de silicium actif entre des couches de palladium. Les sandwichs silicium-palladium reposent sur une fine couche d'aluminium qui se combine avec une couche de base de silicium dopé p pour agir comme une diode. Les matrices de test 32 x 32 bits de Wang ont une profondeur d'un peu plus d'un micromètre avec des largeurs de barre transversale de 10 à 100 micromètres à des fins de test.
"Nous n'avons pas essayé de le miniaturiser, " a déclaré Tour. " Nous avons déjà démontré le filament natif de moins de 5 nanomètres, qui fonctionnera avec la plus petite taille de ligne que l'industrie puisse faire."
Une diode en silicium et en aluminium rend possible une cellule mémoire à deux bornes de palladium et d'oxyde de silicium dans une nouvelle recherche menée par des scientifiques de l'Université Rice. Les cellules non volatiles sont prometteuses pour une nouvelle génération de mémoire 3D fiable. Crédit :Tour Group/Rice University
Les appareils se sont avérés robustes, avec un rapport marche/arrêt élevé d'environ 10, 000 à 1, sur l'équivalent de 10 ans d'utilisation, faible consommation d'énergie et même la capacité de commutation multibit, qui permettrait un stockage d'informations à plus haute densité que les systèmes de mémoire conventionnels à deux états.
Les appareils surnommés "une diode-une résistance" (1D-1R) ont particulièrement bien fonctionné par rapport aux versions de test (1R) dépourvues de diode, a dit Wang. "Utiliser uniquement de l'oxyde de silicium n'était pas suffisant, " a-t-il dit. " Dans une structure à barres transversales (1R) avec juste le matériel de mémoire, si on fait 1, 024 cellules, seulement environ 63 cellules fonctionneraient individuellement. Il y aurait une diaphonie, et c'était un problème."
Les puces mémoire d'un kilobit à base d'oxyde de silicium ont le potentiel de dépasser les limites de la mémoire flash en termes de densité d'emballage, consommation d'énergie par bit et vitesse de commutation, selon des chercheurs de l'Université Rice. Les dernières puces ont des diodes intégrées qui empêchent la diaphonie perturbant les données entre les cellules de mémoire individuelles. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Pour prouver les capacités du 1D-1R, Wang a isolé 3 x 3 grilles et codé des lettres ASCII épelant "RICE OWLS" dans les bits. Le réglage des bits adjacents à l'état « on » - généralement une condition qui conduit à des fuites de tension et à une corruption des données dans une structure à barres croisées 1R - n'a eu aucun effet sur les informations, il a dit.
Le chercheur de l'Université Rice Gunuk Wang a écrit le code ASCII pour "RICE OWLS" dans une nouvelle génération de puces mémoire à base d'oxyde de silicium développées à Rice. La technologie derrière les puces a le potentiel de dépasser les limites de la mémoire flash actuelle que l'on trouve couramment dans les ordinateurs et les appareils grand public. Crédit :Tour Group/Rice University
Le chercheur de l'Université Rice Gunuk Wang détient une puce avec quatre mémoires à base d'oxyde de silicium de 1 kilobit. Wang a ajouté des diodes à chaque bit pour empêcher la diaphonie perturbant les données entre les cellules de mémoire individuelles. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Du côté de l'ingénierie, intégrer des diodes dans une matrice mémoire de 1k n'est pas une mince affaire, " Tour a déclaré. " Ce sera le travail de l'industrie d'adapter cela dans les souvenirs commerciaux, mais cette démonstration montre que cela peut être fait."
