Gjennombrudd for superbillig nano-minne

Nano-minnepinner med terabyte-kapasitet vil koste en tidel av dagens flash-baserte minnepinner.

Dagens minnetyper, både flyktige og ikke-flyktige, lagrer data i form av ladninger. Er en ladning til stede, er verdien vanligvis 1, er ladningen ikke til stede, er verdien 0.

Problemet med ladningsbasert minne er at desto mindre minnekomponentene er, desto mindre ladning kan de oppbevare på en pålitelig måte. Dermed kan det nå se ut til at man nærmer seg en grense som kan bli vanskelig å passere.

Forskere tilknyttet Center for Applied Nanoionics (CANi) ved Arizona State University har jobbet med en alternativ måte å oppbevare data på. Denne måneden publiserte forskerne, under ledelse av CANi-direktør Michael Kozicki, en artikkel i journalen «IEEE Transactions on Electron Devices» med tittelen «Bipolar and Unipolar Resistive Switching in Cu-doped SiO2».

I samarbeid med forskere ved tyske Research Center Jülich har forskerne utviklet en minnetype med egenskaper som lover å kunne forbedre både ytelsen, kapasiteten og batterilevetiden til mange typer elektroniske enheter, inkludert digitale kameraer og bærbare PC-er. I tillegg skal løsningen være billig å lage, siden den består av vanlige materialer.

- Ved å bruke allerede tilgjengelig materialer, har vi gjort det mulig å produsere dette minnet tilnærmet uten ekstra kostnader, fordi materialene du trenger allerede brukes i dagens brikker. Alt du må gjøre er at blande dem på en litt annen måte, sier Kozicki i en pressemelding.

    Les også:

I et intervju med Wired i forrige uke, forteller Kozicki at det vil være økonomisk mulig å lage en minnepinne med lagringskapasitet i terabyte-klassen, med en prislapp på 10 prosent av standard flashminne og tusen ganger så energieffektiv.

Mens man i vanlige minne flytter elektroner mellom ladde partikler, det vil si ioner, flytter man med nano-ionikk selve ionene. Minnetypen kalles Programmable Metallization Cell memory (PMCm).

- Vi har faktisk vært i stand til å flytte noe på størrelse med et virus mellom elektroder for å veksle dem fra en høy motstand til en lav motstand, noe som er storartet for minne, sier Kozicki.

Motstandsbasert minne påvirkes ikke av mindre størrelse, slik ladningsbasert minne gjør. Det kan lagre flere bits på ett sted, og så snart motstanden er satt, endres den ikke, selv om strømmen skrus av.

CANi har jobbet med teknologien i flere år, og har allerede lisensiert ut en tidligere versjon av teknologien til flere minneselskapet, inkludert Infineon, Micron og Qimonda. Også Samsung, Sony og IBM skal ha vært interessert. Men den forrige generasjonen av teknologien var avhengig av enkelte materialer som ikke tidligere er blitt brukt i minnebrikker, blant annet sølv og germaniumsulfid.

Forskerne har nå greid å unngå dette ved å dope silisiumdioksid med kobber. Ifølge Kozicki er dette noe som ikke er blitt gjort med hensikt tidligere.

- Folk har faktisk anstrengt seg for å holde silisiumoksid og kobber atskilt. Vi er svært interessert i å blande kobber med oksidet, rett og slett slik at det blir mobilt og beveger seg omkring i materialet.

Fordi materialet kan bevege seg der, kan det brukes til å lage en slags bryter i nanometerstørrelse.

- Denne svært lille bryteren kan brukes i forbindelse med minne og kunne lagre informasjon via et utvalg av motstandsverdier.

I PMC-minnet temmes ionene ved å påføre dem negativ ladning, noe som gjør dem nanotråder bestående av kobberatomer. Ved å påføre PCM-en med positiv ladning, vil kobberatomene returnere til sin tidligere frittflytende form og nanotrådene demonteres.

Nanotråden er blitt opprettet mellom elektrodene

Teknologien er foreløpig ikke klar for masseproduksjon, men CANi regner med at den vil bli tilgjengelig for forbrukere i løpet av noen få år, dersom alt går bra.

- Det dette betyr er at vi kan erstatte alt minnet i alle typer enheter, fra bærbare PC-er til iPods til mobiltelefoner til hva som helst, men denne ene typen minne, hevder Kozicki.

- Fordi den er så lite energikrevende, kan vi pakke sammen en mengde ikke-flyktig minne i én enhet.

PMC-minnet skal kunne operere ved spenninger på under 0,3 volt. Skrive- og sletteoperasjonene skal kunne gjøres på under 30 nanosekunder. Energibruken ved tilstandsendringer skal være på under 1 picojoule.

Minneelementene skal kunne skaleres ned til noen titalls nanometer og skal være egnet som virkelig ikke-flyktig minne og som DRAM med lav oppfriskningsrate.

Axon, et selskap eid av Arizona State University, har publisert blant annet en video om hvordan PMC-minne fungerer på denne siden.

Til toppen