Ученые улучшают полупроводниковую память с помощью вертикального дизайна

Ученые из Университета штата Аризона (ASU) разработали изящный способ, существенно повышающий объем памяти на электронных чипах.

Исследователи во главе с Майклом Козицки (Michael Kozicki), профессором электротехники ASU и директором Центра по прикладной наноионике, показали, что они могут построить память со стековым дизайном на основе "ионной технологии памяти", что может сделать ее идеальным кандидатом для создания высокоплотной памяти. Самое главное, что новый метод использует хорошо известные электронике материалы.

«Технология открывает возможность для недорогого, высокоплотного хранения данных посредством укладки слоев памяти в стек внутри одного чипа, что может привести к созданию твердотельных жестких дисков большой емкости, которые позволят портативным системам быть меньше, надежнее и дольше работать без подзарядки батарей, – сказал Козицки. - Это значительное улучшение по сравнению с технологией, которую мы разработали два года назад на базе общепринятых в полупроводниковой промышленности материалов (двуокиси кремния, легированного медью) и которая могла бы заменить флэш-память. Сейчас мы добавили важную функциональность к ячейке памяти лишь путем использования другого общепринятого материала – кремния».

Козицки отметил, что используя имеющиеся технологии, исследователи быстро достигнут физических пределов устройств памяти. Этот факт стал причиной исследований в области новых типов памяти, которая может хранить больше информации на все меньшем физическом пространстве. Один из способов сделать это заключается в укладывании ячеек памяти в стек.

Козицки сказал, что стековая конструкция ячеек памяти не была достигнута раньше, потому что ячейки не могли быть изолированы. Каждая ячейка памяти имеет элементы для хранения данных и доступа к ним. Последний позволяет читать, писать или стирать данные в каждой ячейке индивидуально.

Раньше при объединении нескольких ячеек памяти, нельзя было получить доступ к одной из них без доступа ко всем остальным, поскольку все они были связаны общей шиной. Исследователям удалось электрически расщепить устройство доступа по одному для каждой ячейки.

До сих пор элементы доступа строились на кремниевой подложке. «Но если вы сделали один слой памяти, а выше еще один слой, то где вы поместите устройство доступа? - спрашивает Козицки. - Вы уже использовали кремний для первого слоя, а это монокристалл, поэтому на нем очень трудно создать несколько слоев».

Новый подход использует кремний, но не в виде монокристалла, а осаждая его слоями в рамках трехмерного процесса изготовления памяти. Основная проблема заключалась в построении диода в ячейке памяти. Диод должен был изолировать ячейки. Эта идея обычно включает в себя несколько дополнительных слоев и шагов обработки при создании схем, но его команда нашла элегантный способ достижения создания диода путем замены одного из известных материалов другим. В данном случае слой из металла был заменен слоем легированного кремния.

«Вместо одного транзистора на подложке, управляющего каждой ячейкой памяти, у нас есть ячейка памяти со встроенным диодом (устройство доступа), и это позволит нам создать столько слоев, сколько мы можем туда втиснуть», - сказал Козицки.

По мнению Козицки, стековая конструкция памяти является единственным способом достижения необходимой плотности для твердотельной памяти, способной конкурировать с жесткими дисками по стоимости и по емкости.

Основная идея была заимствована из первых радиоприемников. «Мы создали современный аналог спиральной контактной пружинки детекторного приемника, выращивая медные нанопроволоки прямо на кремнии для построения диода», - сказал Козицки.

Детекторные радиоприемники, изделия 1930-х годов, были простыми устройствами, которые использовали небольшую проволоку для контакта с поверхностью полупроводникового материала. Соединение между полупроводником и проводом создавало диод, который использовался в радиоприемнике.

«Казалось бы, что это смехотворно простая идея, но она работает, - сказал Козицки. - Она работает лучше, чем сложная идея».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365