Чіпи зі структурами з оксиду кремнію можуть стати заміною флеш-пам'яті
Група дослідників з університету Райса (Rice University), очолювана хіміком Джеймсом Туром (James Tour), створила дослідний зразок чіпа енергонезалежної перезаписуваної пам'яті об'ємом в 1 кілобайт, основою якого є комірки пам'яті, виготовлені з оксиду кремнію. Використання цього матеріалу дозволить створювати чіпи, які перевершать сучасну флеш-пам'ять за показником щільності зберігання інформації, за кількістю споживаної енергії, по швидкості запису і по багатьом іншим параметрам.
Основою технології виготовлення енергонезалежній пам'яті є дослідження, проведені в стінах лабораторії Tour lab. Проводячи дослідження, вчені виявили, що якщо через шар окису кремнію пропустити електричний струм з певними характеристиками, молекули оксиду розщеплюються, кисень випаровується, і на поверхні залишається чистий кремній в металевій формі, формує струмопровідний канал, шириною всього 5 нанометрів. Використання електричного струму з іншими характеристиками призводить до зворотного процесу, металевий кремній окислюється, струмопровідний канал "руйнується", збільшуючи електричний опір в тисячі разів. Потім ці струмопровідні канали можна читати як логічну одиницю або нуль в залежності від стану цього каналу.
Кожна комірка енергонезалежній пам'яті на основі оксиду кремнію підключається в загальну схему за допомогою двох електродів, що дозволяє виготовити більш компактну схему, ніж схема звичайної флеш-пам'яті, осередки якої підключаються трьома електродами. Осередки нової пам'яті досить стійкі до впливу високої температури, іонізуючого випромінювання, а їх гнучка структура забезпечує всьому пристрою високу стійкість до механічних впливів і надає можливість формувати їх цих осередків просторові тривимірні кристали. Здатність комірок нової енергонезалежній пам'яті витримувати без втрати інформації тривалий вплив радіації перевіряється в даний час на борту Міжнародної космічної станції.
Струмопровідні канали, індуковані в оксиді кремнію, складаються з металевого кремнію, має властивості напівпровідника. Таким чином, комірка являє собою щось на зразок діода, який виконує дуже корисну функцію, блокуючи сигнали і струми витоку від інших комірок пам'яті в момент читання інформації з однієї певної комірки. З електричної точки зору кожна комірка являє собою електронний прилад класу один діод-один резистор (one diode-one resistor, 1D-1R). Співвідношення опору комірки у включеному та відключеному стані дорівнює 1 до 10000, що дозволяє надійно зберігати інформацію протягом щонайменше десяти років, не витрачаючи на це ні краплі енергії.
Кожна комірка з оксиду кремнію здатна мати кілька градацій значення електричного опору, які встановлюються за допомогою відмінних по характеристиках імпульсів електричного струму. У перспективі така можливість дозволить зберігати в одній комірці не один біт двійкової інформації, а більшу кількість інформації, закодованої у вигляді її значення електричного опору.
Слід зазначити, що фінансування даних досліджень здійснювалося компанією Boeing Corp і Науково-дослідним управлінням ВПС США (Air Force Office of Scientific Research).