Учёные из Университета Аризоны (Arizona State University) разработали элегантный метод существенного повышения емкости электронных чипов компьютерной памяти.

Возглавляемая профессором инженерии электронных систем и директором Центра прикладной наноионики (Center for Applied Nanoionics) Михаэлем Козики (Michael Kozicki) группа сотрудников продемонстрировала «технологию ионной памяти», которая является одним из кандидатов на использование в будущих устройствах хранения информации. Дополнительное преимущество разработки – это отсутствие потребности в экзотических материалах для производственного процесса.

Как объясняет Козики, его работа открывает путь к недорогим, ёмким устройствам хранения, что достигается укладкой слоёв памяти друг на друга внутри одного чипа. Методика в конечном итоге позволит размещать в единственной микросхеме столько же данных, сколько способны хранить жёсткие диски. Портативная электроника при этом станет ещё более компактной, стойкой к воздействию нагрузок и будет экономнее расходовать заряд батарей. Технология является усовершенствованным вариантом разработки двухлетней давности, способной заменить флеш-память с использованием материалов, повсеместно применяемых полупроводниковой индустрией. В последних экспериментах исследователи добавили к ячейкам памяти не менее распространённый кремний. Новый чип уже был продемонстрирован на международном симпозиуме по электронным материалам, прошедшем на Тайване.

Рис. 1. Архитектура новой памяти

Козики считает, что с текущими технологиями производства индустрия стремительно приближается к физическому пределу для устройств хранения. Это побуждает учёных искать новые технологии, и один из вариантов – укладка слоёв ячеек памяти. Концепцию можно описать по аналогии с коробками в небольшой комнате. Количество таких «ячеек» значительно возрастает для той же площади, если использовать преимущества трёх измерений и располагать коробки также в вертикальной плоскости. Идея довольно проста, и нечто подобное также предлагается для процессоров, где друг на друге должны размещаться вычислительные ядра, образуя многоядерный трёхмерный чип. До сих пор методика для памяти не применялась в связи с невозможностью изолировать накладываемые слои.

Каждая ячейка содержит элемент хранения и компоненты, обеспечивающие доступ к нему для чтения и записи. «Ранее при совмещении ячеек памяти вместе невозможно было получить доступ к одной без одновременного затрагивания других, поскольку они имели электрическое соединение. Мы же добавили изоляторы, разделяющие все ячейки, – поясняет Козики. До сих пор компоненты доступа встраивались в кремниевую подложку. – Но если сделать это для одного слоя памяти и затем добавить следующий, негде разместить схемы доступа. Кремний уже использован для первого слоя, получается единственный кристалл». Команда Козики пыталась найти способ встроить изолирующий диод в ячейку памяти. Исследователям удалось достичь цели без обычного для таких случаев включения в состав схемы нескольких слоёв материалов, а лишь заменой одного на другой. Теперь вместо встраивания компонентов доступа для ячеек в подложку они помещаются в располагающиеся друг на друге слои памяти, куда включены разные типы кремния.

«Вместо одного транзистора в подложке, контролирующего каждую ячейку, у нас есть ячейка со встроенным диодом для доступа, что и позволяет укладывать столько слоёв памяти, сколько возможно для данной конструкции. Всё решилось устранением нижнего электрода и заменой его кремнием», – говорит Козики. Таким образом, ёмкость памяти существенно увеличивается. По мнению ученого, подобная технология – единственная для полупроводниковой памяти, способная конкурировать с жёсткими дисками в плане стоимости и объёма хранимых данных.