Pamięć flash, która będzie się kurczyć

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles i jeden z największych producentów pamięci komputerowych, Samsung, opracowali nowy rodzaj pamięci flash, która do przechowywania informacji wykorzystuje grafen – arkusze czystego węgla o grubości atomu – wraz z krzemem.

Włączenie grafenu może pomóc w przedłużeniu żywotności technologii pamięci flash na nadchodzące lata i umożliwić przyszłej przenośnej elektronice przechowywanie znacznie większej ilości danych.

Producenci mikroukładów pakują coraz większe ilości danych w tym samym obszarze fizycznym, miniaturyzując komórki pamięci używane do przechowywania poszczególnych bitów. Wewnątrz dzisiejszych dysków flash te komórki są nanoskalowymi tranzystorami z pływającą bramką. W ostatnich latach nastąpiła gwałtowna miniaturyzacja komórek flash, dzięki czemu np. iPhone 4 może przechowywać dwa razy więcej danych niż iPhone 3. Jednak poniżej pewnego rozmiaru komórki krzem staje się mniej stabilny, co może powstrzymać marsz miniaturyzacji.

Taka technologia oparta na grafenie pokazała, że ​​zespół UCLA i Samsung mogą pozwolić na dalsze kurczenie się pamięci flash. Prototypowe urządzenia grupy są opisane w czasopiśmie online ACS Nano .

Nie zastępujemy całkowicie krzemu, ale używamy grafenu jako warstwy pamięci, mówi Augustin Hong, który pracował nad urządzeniami na UCLA, a teraz jest pracownikiem naukowym w IBM Watson Research Center. Używamy grafenu, aby rozszerzyć możliwości konwencjonalnej technologii.

Prototypy grafenowej pamięci flash mogą być odczytywane i zapisywane przy mniejszym zużyciu energii niż konwencjonalna pamięć flash, a ponadto mogą one przechowywać dane bardziej stabilnie w czasie, nawet po zminiaturyzowaniu. Naukowcy z UCLA wykazali również, że spełniają one branżowy standard przewidywanego przechowywania danych przez okres 10 lat — dzisiejsza pamięć flash też to robi, ale przyszłe wersje mogą nie. Co najważniejsze, grafenowe komórki pamięci nie kolidują ze sobą elektrycznie – jest to problem z konwencjonalnymi komórkami flash, ponieważ są one mniejsze, co może spowodować ich nieprawidłowe działanie.

Inni badacze pracują nad radykalnie nowymi rodzajami pamięci komputerowej, które obiecują przechowywać więcej danych. Jednak wiele z tych alternatyw wymaga egzotycznych materiałów i całkowicie nowych procesów produkcyjnych. Zastąpienie krzemu grafenem w komórkach pamięci flash mogłoby zapewnić prostsze i bardziej praktyczne rozwiązanie, przynajmniej na krótką metę.

Grafenowe komórki pamięci flash działają lepiej ze względu na niezwykłą strukturę chemiczną materiału i właściwości elektryczne, mówi Kang Wang , profesor elektrotechniki na UCLA, który kierował pracami. Częścią problemu z lampą błyskową na bazie krzemu jest to, że gdy komórki pamięci stają się mniejsze, bramki tranzystorowe muszą być grubsze w stosunku do reszty obwodu, aby przechowywać wystarczający ładunek, a te grubo bramkowane komórki mają tendencję do zakłócania pracy sąsiadów . Ponieważ bramki wykonane z grafenu są ultracienkie, mówi Wang, nie kolidują ze sobą. Grafen może również utrzymywać znacznie większy ładunek niż krzem bez jego wyciekania – to kolejny problem z konwencjonalną lampą błyskową, ponieważ ogniwa są miniaturyzowane.

Jak dotąd, komórki pamięci flash grafenu, które stworzyli naukowcy, są stosunkowo duże — rzędu dziesięciu mikrometrów. Jednak grafen, w przeciwieństwie do krzemu, nie ma znanych właściwości fizycznych, które powodowałyby spadek wydajności w miarę miniaturyzacji urządzeń. Wyniki symulacji sugerują, że urządzenia wykonane z grafenu można zmniejszyć do około dziesięciu nanometrów, mówi Barbaros Ozyilmaz , adiunkt fizyki na National University of Singapore, który nie był zaangażowany w badania. Oczekuje się, że konwencjonalna lampa błyskowa stanie się niestabilna poniżej około 22 nanometrów.

Wang mówi, że naukowcy budują teraz mniejsze komórki grafenowe do testowania. Jego grupa współpracowała przy projekcie z badaczami z Samsunga i rozmawia z Micronem na temat komercjalizacji.

Jedno pytanie brzmi, kiedy zacząć umieszczać grafen na komercyjnej linii technologicznej, mówi Wang. Produkcja półprzewodników to niezwykle dobrze kontrolowany proces — defekty w skali pojedynczych atomów mogą zamienić wysokowydajny chip w śmieci — więc wprowadzenie nowego materiału wymaga dużo czasu i uwagi.

Wang mówi, że teoretycznie dodanie grafenu do chipsów nie powinno być trudne, ponieważ materiał jest stosunkowo stabilny i można go hodować na waflach przy użyciu procesów, które są już powszechne w zakładach produkujących chipsy.

ukryć