211service.com
Flash-geheugen dat steeds kleiner wordt
Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles, en een van de grootste fabrikanten van computergeheugen, Samsung, hebben een nieuw soort flashgeheugen gemaakt dat grafeen-atoomdikke platen van pure koolstof gebruikt, samen met silicium om informatie op te slaan.
Het opnemen van grafeen zou de levensvatbaarheid van flash-geheugentechnologie voor de komende jaren kunnen vergroten en toekomstige draagbare elektronica in staat stellen veel meer gegevens op te slaan.
Chipmakers verpakken steeds grotere hoeveelheden gegevens in hetzelfde fysieke gebied door de geheugencellen te miniaturiseren die worden gebruikt om individuele bits op te slaan. In de huidige flashdrives zijn deze cellen zwevende poorttransistors op nanoschaal. De afgelopen jaren hebben de snelle miniaturisering van flash-cellen te zien gegeven, waardoor de iPhone 4 bijvoorbeeld twee keer zoveel gegevens kan opslaan als de iPhone 3. Maar onder een bepaalde celgrootte wordt silicium minder stabiel, en dit heeft het potentieel om de mars van miniaturisering.
Op grafeen gebaseerde technologie zoals die toonde aan dat het UCLA-team en Samsung het flashgeheugen konden laten krimpen. De prototypes van de groep worden online beschreven in het tijdschrift ACS Nano .
We vervangen silicium niet helemaal, maar gebruiken grafeen als opslaglaag, zegt Augustin Hong, die aan de apparaten aan de UCLA werkte en nu onderzoeksmedewerker is bij IBM's Watson Research Center. We gebruiken grafeen om de mogelijkheden van de conventionele technologie uit te breiden.
De prototypes van grafeen-flashgeheugen kunnen worden gelezen en beschreven met minder stroom dan conventioneel flash-geheugen, en ze kunnen gegevens in de loop van de tijd stabieler opslaan, zelfs als ze geminiaturiseerd zijn. De UCLA-onderzoekers hebben ook aangetoond dat ze voldoen aan de industriestandaard van 10 jaar geprojecteerde gegevensbewaring - het huidige flashgeheugen doet dat ook, maar toekomstige versies misschien niet. Het belangrijkste is dat de grafeengeheugencellen elkaar niet elektrisch storen - een probleem met conventionele flitscellen omdat ze kleiner worden gemaakt, waardoor ze defect kunnen raken.
Andere onderzoekers werken aan radicaal nieuwe soorten computergeheugen die beloven meer gegevens te bevatten. Veel van deze alternatieven vereisen echter exotische materialen en totaal nieuwe productieprocessen. Het vervangen van silicium door grafeen in flash-geheugencellen zou een eenvoudigere, meer praktische oplossing kunnen bieden, althans op korte termijn.
Grafeen flash-geheugencellen presteren beter vanwege de ongebruikelijke chemische structuur en elektrische eigenschappen van het materiaal, zegt Kang Wang , hoogleraar elektrotechniek aan de UCLA, die het werk leidde. Een deel van het probleem met op silicium gebaseerde flash is dat naarmate geheugencellen kleiner worden, de transistorpoorten dikker moeten zijn ten opzichte van de rest van het circuit om voldoende lading op te slaan, en deze dikke poortcellen hebben de neiging om te interfereren met hun buren . Omdat poorten van grafeen ultradun zijn, zegt Wang, interfereren ze niet met elkaar. Grafeen kan ook veel meer lading vasthouden dan silicium zonder dat het eruit lekt - een ander probleem met conventionele flits omdat de cellen worden geminiaturiseerd.
Tot nu toe zijn de grafeen-flashgeheugencellen die de onderzoekers hebben gemaakt relatief groot - in de orde van tien micrometer. Maar grafeen heeft, in tegenstelling tot silicium, geen bekende fysieke eigenschappen die een prestatiedaling zouden veroorzaken omdat de apparaten worden geminiaturiseerd. Hun simulatieresultaten suggereren dat door grafeen gemaakte apparaten kunnen worden verkleind tot ongeveer tien nanometer, zegt Barbaros zyilmaz , assistent-professor natuurkunde aan de National University of Singapore, die niet betrokken was bij het onderzoek. Verwacht wordt dat conventionele flitser onstabiel wordt onder de 22 nanometer.
Wang zegt dat de onderzoekers nu kleinere grafeencellen bouwen om te testen. Zijn groep werkte samen met onderzoekers van Samsung aan het project en praat met Micron over commercialisering.
Een vraag is wanneer je moet beginnen met het plaatsen van grafeen op een commerciële proceslijn, zegt Wang. De fabricage van halfgeleiders is een buitengewoon goed gecontroleerd proces - defecten ter grootte van enkele atomen kunnen een hoogwaardige chip in afval veranderen - dus het introduceren van een nieuw materiaal kost veel tijd en zorg.
Wang zegt dat het in theorie niet moeilijk zou moeten zijn om grafeen aan chips toe te voegen, omdat het materiaal relatief stabiel is en op wafels kan worden gekweekt met behulp van processen die al gebruikelijk zijn in chipfabrieken.