211service.com
Flashminne som kommer att fortsätta krympa
Forskare vid University of California, Los Angeles, och en av de största tillverkarna av datorminne, Samsung, har skapat en ny typ av flashminne som använder grafen – atomtjocka ark av rent kol – tillsammans med kisel för att lagra information.
Att införliva grafen kan hjälpa till att förlänga livskraften för flashminnesteknologi i många år framöver och tillåta framtida bärbar elektronik att lagra mycket mer data.
Chiptillverkare packar allt större mängder data i samma fysiska område genom att miniatyrisera minnescellerna som används för att lagra enskilda bitar. Inuti dagens flashenheter är dessa celler flytande grindtransistorer i nanoskala. De senaste åren har den snabba miniatyriseringen av flashceller gjort det möjligt för iPhone 4 att lagra dubbelt så mycket data som iPhone 3. Men under en viss cellstorlek blir kisel mindre stabilt, och detta har potential att stoppa miniatyriseringsmarsch.
Grafenbaserad teknik som den visade att UCLA-teamet och Samsung kunde låta flashminnet fortsätta att krympa. Gruppens prototyper av enheter beskrivs online i tidskriften ACS Nano .
Vi ersätter inte helt kisel utan använder grafen som lagringslager, säger Augustin Hong, som arbetade på enheterna vid UCLA och nu är en forskningsanställd vid IBM:s Watson Research Center. Vi använder grafen för att utöka kapaciteten hos den konventionella tekniken.
Grafen flashminnesprototyper kan läsas och skrivas till med mindre ström än konventionella flashminnen, och de kan lagra data mer stabilt över tiden, även när de är miniatyriserade. UCLA-forskarna har också visat att de uppfyller industristandarden för 10-års beräknad datalagring – dagens flashminne gör det också, men framtida versioner kanske inte. Viktigast är att grafenminnescellerna inte stör varandra elektriskt - ett problem med konventionella flashceller eftersom de görs mindre som kan orsaka att de inte fungerar.
Andra forskare arbetar med radikalt nya typer av datorminne som lovar att hålla mer data. Men många av dessa alternativ kräver exotiska material och helt nya tillverkningsprocesser. Att ersätta kisel med grafen i flashminnesceller skulle kunna ge en enklare och mer praktisk lösning, åtminstone på kort sikt.
Grafen flashminnesceller presterar bättre på grund av materialets ovanliga kemiska struktur och elektriska egenskaper, säger Kang Wang , professor i elektroteknik vid UCLA, som ledde arbetet. En del av problemet med kiselbaserad blixt är att när minnescellerna blir mindre måste transistorgrindarna vara tjockare i förhållande till resten av kretsen för att lagra tillräckligt med laddning, och dessa tjocka celler tenderar att störa sina grannar . Eftersom grindar gjorda av grafen är ultratunna, säger Wang, stör de inte varandra. Grafen kan också hålla mycket mer laddning än kisel utan att det läcker ut - ett annat problem med konventionell blixt eftersom cellerna är miniatyriserade.
Hittills är de grafenblixtminnesceller som forskarna har gjort relativt stora – i storleksordningen tio mikrometer. Men grafen, till skillnad från kisel, har inga kända fysikaliska egenskaper som skulle orsaka en dipp i prestanda eftersom enheterna är miniatyriserade. Deras simuleringsresultat tyder på att grafentillverkade enheter kan skalas ner till cirka tio nanometer, säger Barbaros Ozyilmaz , biträdande professor i fysik vid National University of Singapore, som inte var involverad i forskningen. Konventionell blixt förväntas bli instabil under cirka 22 nanometer.
Wang säger att forskarna nu bygger mindre grafenceller för att testa. Hans grupp samarbetade med forskare från Samsung i projektet och pratar med Micron om kommersialisering.
En fråga är när man ska börja med att sätta grafen på en kommersiell processlinje, säger Wang. Halvledartillverkning är en extremt välkontrollerad process - defekter i skalan av enskilda atomer kan förvandla ett högpresterande chip till skräp - så att introducera ett nytt material tar mycket tid och omsorg.
Wang säger att det i teorin inte borde vara svårt att tillsätta grafen till chips, eftersom materialet är relativt stabilt och kan odlas på wafers med hjälp av processer som redan är vanliga i chipstillverkningsanläggningar.