Ученые из университета Райс (Rice University) разработали новую технологию изготовления ячеек твердотельной энергонезависимой памяти, которая позволит кардинально увеличить показатель плотности хранения данных, одновременно снизив количество потребляемой памятью энергии. В основе новой технологии лежит слоистая структура из тантала, нанопористой окиси тантала, графена и платиновых электродов. Согласно предварительным расчетам, применение таких ячеек памяти позволит изготавливать чипы, емкостью минимум 162 гигабита (20 гигабайт), которые практически по всем остальным показателям будут превосходить современные чипы флэш-памяти.

«Мы разработали абсолютно новый способ производства сверхвысокоплотной энергонезависимой компьютерной памяти» – рассказывает Джеймс Тур (James Tour), профессор материаловедения и информатики университета Райс.

В настоящее время каждой ячейке флэш-памяти для работы требуется наличие трех электродов. Ячейки памяти, разработанные в университете Райс, нуждаются в двух электродах, кроме этого, они потребляют в 100 раз меньше энергии по сравнению с энергонезависимой памятью других типов.

«Танталовая память основана на ячейках с двумя электродами. Благодаря этому массивы таких ячеек достаточно просто могут быть размещены не только в плоскости, но и в трех измерениях» рассказывает Джеймс Тур, – «Структуру массивов новой памяти можно организовать таким образом, что ее чипы не будут нуждаться в диодах и устройствах выборки, что также играет огромную роль в деле повышения показателя плотности хранения информации. Предварительные показатели танталовой памяти сделают ее идеальным вариантом для систем хранения высококачественного видео и в серверах различного назначения».

Рис. 1.

Во время исследований ученые выяснили все подробности работы ячеек танталовой памяти. Под влиянием электрического тока атомы кислорода мигрируют из области окиси тантала в сторону нижнего слоя чистого тантала, что приводит к возникновению своего рода барьера и кардинальным изменениям в электрической проводимости всей ячейки. Электрический ток обратной полярности приводит к обратному эффекту и проводимость ячейки восстанавливается до исходного состояния.

Самой привлекательной чертой материала для танталовой памяти является то, что он может быть изготовлен без применения высокотемпературных процессов, все этапы производства протекают в условиях комнатной температуры. А изменение параметров ячейки, таких, как толщина слоев и ее размеры позволит получить такие значения напряжения записи и чтения битов, которые подходят для использования новой памяти в устройствах различного класса, начиная от больших серверов и суперкомпьютеров, и заканчивая портативными устройствами и носимой электроникой.

Однако, прежде чем начать предпринимать попытки коммерциализации технологии, ученым предстоит еще решить ряд проблем. Сейчас они разрабатывают методику, которая позволит регулировать при производстве размеры нанопор в окиси тантала, что, в свою очередь, позволит еще больше уплотнить будущую память и облегчит изготовление матрицы проводников, позволяющей обращаться к отдельным битам массива памяти.