211service.com
Flash-hukommelse, der bliver ved med at krympe
Forskere ved University of California, Los Angeles, og en af de største producenter af computerhukommelse, Samsung, har skabt en ny slags flashhukommelse, der bruger grafen – atomtykke plader af rent kulstof – sammen med silicium til at lagre information.
Inkorporering af grafen kan hjælpe med at udvide levedygtigheden af flash-hukommelsesteknologi i de kommende år og give fremtidig bærbar elektronik mulighed for at lagre langt flere data.
Chipproducenter pakker stigende mængder data i det samme fysiske område ved at miniaturisere de hukommelsesceller, der bruges til at gemme individuelle bits. Inde i nutidens flashdrev er disse celler nanoskala svævende gate-transistorer. De seneste år har set den hurtige miniaturisering af flash-celler, hvilket gør det muligt for for eksempel iPhone 4 at gemme dobbelt så meget data som iPhone 3. Men under en vis cellestørrelse bliver silicium mindre stabilt, og det har potentiale til at standse miniaturiseringsmarch.
Graphene-baseret teknologi som den viste, at UCLA-teamet og Samsung kunne lade flash-hukommelsen fortsætte med at skrumpe. Gruppens prototyper enheder er beskrevet online i journalen ACS Nano .
Vi erstatter ikke helt silicium, men bruger grafen som lagerlag, siger Augustin Hong, der arbejdede på enhederne ved UCLA og nu er forskningsmedarbejder ved IBMs Watson Research Center. Vi bruger grafen til at hjælpe med at udvide mulighederne for den konventionelle teknologi.
Grafen flashhukommelsesprototyperne kan læses og skrives til ved at bruge mindre strøm end konventionel flashhukommelse, og de kan lagre data mere stabilt over tid, selv når de er miniaturiseret. UCLA-forskerne har også demonstreret, at de opfylder industristandarden for 10-års projekteret dataopbevaring – det gør dagens flash-hukommelse også, men fremtidige versioner vil muligvis ikke. Vigtigst er det, at grafenhukommelsescellerne ikke forstyrrer hinanden elektrisk - et problem med konventionelle flashceller, da de er gjort mindre, hvilket kan få dem til at fungere dårligt.
Andre forskere arbejder på radikalt nye former for computerhukommelse, der lover at indeholde flere data. Mange af disse alternativer kræver dog eksotiske materialer og helt nye fremstillingsprocesser. At erstatte silicium med grafen i flashhukommelsesceller kunne give en enklere og mere praktisk løsning, i det mindste på kort sigt.
Graphene flash-hukommelsesceller yder bedre på grund af materialets usædvanlige kemiske struktur og elektriske egenskaber, siger Kang Wang , professor i elektroteknik ved UCLA, der ledede arbejdet. En del af problemet med silicium-baseret flash er, at efterhånden som hukommelsesceller bliver mindre, skal transistorportene være tykkere i forhold til resten af kredsløbet for at kunne lagre tilstrækkelig ladning, og disse tykke gatede celler har en tendens til at forstyrre deres naboer. . Fordi porte lavet af grafen er ultratynde, siger Wang, forstyrrer de ikke hinanden. Grafen kan også holde meget mere ladning end silicium, uden at det lækker ud - et andet problem med konventionel flash, da cellerne er miniaturiseret.
Indtil videre er de grafen-flashhukommelsesceller, som forskerne har lavet, relativt store - i størrelsesordenen ti mikrometer. Men grafen har, i modsætning til silicium, ingen kendte fysiske egenskaber, der ville forårsage et fald i ydeevnen, da enhederne er miniaturiseret. Deres simuleringsresultater tyder på, at grafenfremstillede enheder kan skaleres ned til omkring ti nanometer, siger Barbaros Ozyilmaz , assisterende professor i fysik ved National University of Singapore, som ikke var involveret i forskningen. Konventionel flash forventes at blive ustabil under omkring 22 nanometer.
Wang siger, at forskerne nu bygger mindre grafenceller for at teste. Hans gruppe samarbejdede med forskere fra Samsung om projektet og taler med Micron om kommercialisering.
Et spørgsmål er, hvornår man skal komme i gang med at sætte grafen på en kommerciel proceslinje, siger Wang. Fremstilling af halvledere er en ekstremt velkontrolleret proces - defekter på størrelse med enkelte atomer kan forvandle en højtydende chip til affald - så at introducere et nyt materiale tager meget tid og omhu.
Wang siger, at det i teorien ikke burde være svært at tilsætte grafen til chips, fordi materialet er relativt stabilt og kan dyrkes på wafere ved hjælp af processer, som allerede er almindelige i chipfremstillingsanlæg.