Новая энергонезависимая сегнетоэлектрическая память с чтением на основе фотоэлектрического эффекта

    Нам всем известен почти единственный недостаток современных быстрых модулей оперативной памяти — энергозависимость, в свою очередь у долговременных накопителей оставляет желать лучшего скорость работы. Прототип памяти нового типа, описанный в Nature Communications, совмещает в себе как скорость, неизнашиваемость и низкое энергопотребление, так и энергонезависимость.

    Память нового типа была построена на основе феррита висмута материаловедом Калифорнийского университета в Беркли Рамамуроти Рамешем и специалистом по материалам-оксидам в Наньянском технологическом университете в Сингапуре Юнлинь Ваном.

    Обычные нули и единицы битов компьютерной памяти могут быть представлены ферритом висмута как одно из двух состояний поляризации. Переключение между ними возможно при приложении напряжения благодаря физическому явлению сегнетоэлектричества. Ферроэлектрическая ОЗУ на основе других материалов уже представлена на рынке, и её скорость работы высока. Но технология не получила широкого распространения потому, что электрический сигнал, используемый для чтения бита, сбрасывает его, поэтому данные приходится каждый раз перезаписывать заново. В перспективе это ведёт к ухудшению надёжности.

    Рамеш и Ван нашли способ использования одного из свойств феррита висмута для чтения массивов памяти без разрушения информации. В 2009 году исследователи в Ратгерском университете продемонстрировали, что материал обладает фотоэллектрическими свойствами в области видимого спектра. Это означает, что при освещении материала создаётся электрическое напряжение, размер которого к тому же зависит от состояния поляризации. Это напряжение можно регистрировать, в то же время яркий свет не меняет состояние поляризации материала и не сбрасывает записанной на него информации.

    В процессе исследования были произведены эксперименты, во время которых плёнки феррита висмута наращивались на оксиде металла, затем его вытравливали в четыре полоски. Сверху накладывались четыре металлические полоски под определенными углами. 16 квадратных областей в местах соприкосновения вели себя как ячейки памяти, а металл и оксид металла образовывали их выводы. С их помощью ячейки были поляризованы, затем их осветили светом и зарегистрировали два значения напряжений для нуля и единицы.

    Для чтения и записи требуется менее 10 наносекунд, а запись требует 3 вольта напряжения. Для сравнения: энергонезависимая ОЗУ на основе флэш-памяти требует приблизительно в 100 тыс. раз больше времени и требует 15 вольт для записи.

    Сан-Вук Чун, исследовавший этот эффект, назвал результаты первым практическим использованием открытия 2009 года. Однако, Виктор Жирнов, материаловед в Semiconductor Research Corporation (Северная Каролина), считает, что технологии перед настоящим использованием и хоть какой-либо конкурентоспособностью предстоит значительная минимизация. Современная флэш-память использует техпроцесс от 22 нм, а прототип фотоэлектрической памяти имеет ширину в 10 микрометров.

    Рамеш считает, что принципиальных препятствий уменьшению до сравнимых с размерами ячеек памяти других типов нет, хотя возможны технологические трудности. Также придётся разработать миниатюрные световоды, чтобы освещать не весь модуль памяти, а лишь его часть.
    По материалам Nature.com.
    Отчёт исследования о энергонезависимой памяти (англ., 2013).
    Отчёт исследования фотоэлектрических свойств феррита висмута (англ., 2009).

    Средняя зарплата в IT

    120 000 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 6 247 анкет, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 32

      +2
      ЦТС с небольшим избытком кислорода в полупроводниковой матрице TIxO обладает теми же свойствами. Правда, освещать его приходится скорее ближним УФ, чем видимым спектром, но это не проблема. А эффективный размер кристалла может быть порядка тех же 22 нм при желании.
        +1
        В любом случае генерация в видимой области проще и дешевле чем в УФ.
          +2
          Если бы речь шла о жестком УФ, ниже 200 нм — то да, но мы облучали 340 нм — и работало замечательно. А это уже вполне рабочие промышленные длины, проблем никаких
            +1
            Перечитал статью, используемый BiFeO3 имеет запрещенную зону 2.7 эВ (~459нм), что не очень далеко от УФ. Вот если бы ближе к ИК было бы интересней.
        +1
        Мне кажется, что видимый свет не подействует на ~22нм размеры ячеек — нужна другая длинна волны, ведь так?
          +2
          Почему не подействует? Если вы про размер ячейки и длину волны, то это не так. Самое главное размер запрещенной зоны.
            +1
            А поясните, пожалуйста, если не сложно?
            Требуемый шаг в сетке элементов (т.е. с надёжной изоляцией от соседних) — ~20нм.
            Длина волны видимого света, грубо говоря, 500 нм. Для уверенной передачи нужна сетка с шагом хотя бы в половину длины волны, что всё равно больше чем на порядок больше, чем требуется.
            Где изъян в рассуждениях?
              +1
              Что вы подразумеваете под «уверенной передачей»?
                +1
                Передачу сигнала. Освещение.
                +1
                Шаг в половину длины волны должен быть у дифракционной решетки для фокусировки главного максимума. И это при нормальном падении пучка. При падении под углом там вариации соотвественно sin(f). К области воздействия на самой матрице памяти это отношения как такового не имеет. Да и способов фокусировки, кроме дифрешетки, еще полно.
            +3
            Для чтения и записи требуется менее 10 наносекунд, а запись требует 3 вольта напряжения. Для сравнения: энергонезависимая флэш-память требует приблизительно в 100 тыс. раз больше времени и требует 15 вольт для записи.

            Не очень понятно откуда такие данные. Вот если взять обычную e-MMC от Micron — напряжение питания от 2.7В до 3.6В, время чтения и записи тоже примерно 10нс.
              +2
              Внутри микросхемы — встроенный умножитель напряжения, который повышает его до нужного уровня для записи.
                +1
                и там 15В?
                  +2
                  Примерно в этом диапазоне, зависит от особенностей технологии.

                  For a tunnel oxide of 8nm and a coupling ratio of 0.6, a programming voltage of at least 10V on the control gate is required to charge the floating gate of a stacked gate Flash memory cell in a programming time of a few milliseconds or less
                    +1
                    откуда взята цитата?
                    +1
                    Да, действительно первый байт записывается в лучшем случае за 0.1мс, но кого интересует запись одного единственного байта данных? Если взглянуть сюда , то можно увидеть, что даже в случае случайной записи 4KB с глубиной QD=1 некоторые девайсы выдают больше 500MB/s. И даже если взять посредственные 125MB/s мы получим 1нс на запись одного бита данных. В случае с Angelbird Crest 6 XTC получается 240пс.
              +1
              Время очевидно с учётом стирания, а преобразователи там встроенные.
                +3
                Ну уж никак не «в 100 тыс. раз больше» (1мс). Не за что не поверю, что в продуктах, использующих 22нм техпроцесс (или даже 19нм) могут быть напряжения в 15В.
                +2
                Кстати, что-то давно про память на «мемристерах» не слышно. Заявленные HP и Hynix сроки вроде бы подходят уже, пора начинать рекламу на мой взгляд
                www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16/15/46
                  +1
                  Пока они не представят хотя бы один промышленный образец накопителя на мемристорах, это всё — лишь пустой трёп.
                  +1
                  Не принимайте на свой счёт, но я бы не воспринимал всерьёз подобные статьи от пользователя с таким ником.
                    +1
                    Статья опубликована в Nature, FakeFactFelis просто пояснил, что там написано.
                    +1
                    Авторитетно заявляю, что это ерунда какая-то. Чтение магнитной памяти не представляет никакой проблемы благодаря эффекту гигантского магнетосопротивления, что отлично встраивается в электронные схемы. Основная проблема перед MRAM различных сортов это запись магнитных элементов слабым электрическим полем, а так же стабильность массивов магнитных частиц. И SRC, в частности, тратит на это безумные деньги.
                      +1
                      Никто не спорит, что MRAM существует и её используют, например в составе некоторых микроконтроллеров, т.е. в полностью электронной системе. Представленная фотоэлектрическая память уже может быть частью фотонного «микроконтроллера» или гибридной оптоэлектронной микросхемы.
                        +1
                        Просто дело в том, что FakeFactFelis неправильно интерпретировал исходную статью. В ней речь шла о сегнетоэлектрической памяти, а не о магниторезистивной.
                          +1
                          Ха, действительно же! :)
                            +1
                            Не заметил ни одного упоминания о магниторезистивной памяти от FakeFactFelis. Вообще говоря, используемый BiFeO3 является мультиферроиком с выраженными сигнеэлектрическими и магнитными свойствами.
                              +1
                              Прямо в заголовке. Наличие у феррита висмута ферромагнитных свойств не делает описываемый тип памяти ферромагнитным.
                                +1
                                Спасибо, поправил.
                          +1
                          Кажись, в такой памяти не достичь той же ёмкости, что и во флэшках: невозможно сделать MLC. А dram… Встроенная в комп батарейка делает его энергонезависимым :)

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое