Танталовая память экономит 99% энергии

11 августа 2015 г., 16:25

Открытие, сделанное в лаборатории Университета Райса (штат Техас) под руководством химика Джеймса Тура (James Tour), делает возможным создание на базе оксида тантала решеточной (crossbar) памяти емкостью до 162 Гб (примерно 20 ГБ) – значительно выше, чем у запоминающих систем на основе других оксидов.

Детали исследования опубликованы онлайн в журнале Американского химического общества, Nano Letters.

Как и открытая ранее в лаборатории Тура память на базе оксида кремния, новые устройства нуждаются только в двух электродах на схему, что делает их проще современной флэш-памяти, использующей три контакта.

«Это новый способ делать сверхплотную, энергонезависимую компьютерную память», – утверждает Тур. По его словам, новая конструкция потребляет в 100 раз меньше энергии, чем современные запоминающие устройства.

Структура сэндвича толщиной 250 нм состоит из тантала, нанопористого оксида тантала и многослойного графена между двумя платиновыми электродами. Приложение напряжения приводит к созданию адресуемых битов там, где слои смыкаются. В ходе изготовления материала ученые выяснили, что оксид тантала постепенно теряет ионы кислорода, изменяясь от насыщенного кислородом нанопористого полупроводника вверху до обедненного кислородом почти металлического тантала внизу.

Напряжение регулирует прохождение электронов сквозь границу, которая может переключаться из омического (ток в обоих направлениях) в контакт Шоттки (ток в одном направлении) и обратно. Положение границы раздела может смещаться от интерфейса тантал/оксид до оксид/графен в результате управляемого напряжением движения кислородных вакансий.

Ток выводит ионы кислорода из оксидных нанопор и стабилизирует их. Эти отрицательно заряженные ионы создают электрическое поле, работающее как диод, гласящий взаимные наводки – источник ошибок памяти. До сих пор именно из-за таких помех между соседними битами не удавалось сделать эффективно работающие массивы из оксида тантала, емкостью более килобайта.

Дополнительную функцию барьера выполняет графен, который препятствует проникновению платины в оксид тантала, что приводило бы к короткому замыканию.

Новую память можно производить при комнатной температуре, а напряжение записи и перезаписи ячеек регулируется в широких пределах. Остающиеся пока нерешенными проблемы на пути к коммерческому внедрению это изготовление достаточно плотных решеточных массивов, чтобы контролировать индивидуальные биты, и управление размерами нанопор.