Немецкая компания Qimonda AG представила технологию, которая позволяет использовать углеродные элементы в качестве памяти.
В технологии должны быть задействованы углеродные элементы, например, углеродные нанотрубки или алмазы — они выступают в качестве энергонезависимой памяти. Согласно недавним исследованиям, при облучении импульсным лазером углеродные элементы изменяют свое состояние: диэлектрики (например, алмазы) приобретают электропроводящие свойства. Специалисты из Qimonda подтвердили, что это также возможно при обработке углеродных элементов импульсами тока.
Слой из алмазных частиц толщиной в 8-60 нм располагается между двумя вольфрамовыми электродами. Следует сказать, что вообще-то алмаз не является электропроводником. Но, оказывается, при определенных условиях он может получить такие свойства.
Верхний электрод накрывает всю поверхность углеродного материала, площадь нижнего составляет 150 на 350 нм, такой размер соответствует одной ячейке памяти.
Когда импульсы тока подаются на нижний электрод, электрическое сопротивление резко падает, напряжение при этом составляет 1,5 вольта, сила тока — в диапазоне 20-50 мкA (микроампер). Это происходит из-за того, что какая-то часть диэлектрического углеродного материала под воздействием тока превращается в электропроводника и образует проводящий «мост» между электродами.
Сила тока, при которой сопротивление падает, зависит от площади нижнего электрода. Если его диаметр равен 150 нм, углеродные элементы получают электропроводящие свойства даже при воздействии импульсов тока силой в 5 мкA, напряжение — 1,5 вольта.
Время, требуемое для перехода углерода из состояния диэлектрика в электропроводник, составляет от нескольких наносекунд до нескольких десятков наносекунд. Однако при подаче импульсов тока с напряжением 5,5 вольт время отклика будет уже около 175 наносекунд. "В большинстве случаев время отклика зависит от емкости электрода", - говорят специалисты из Qimonda.
Чтобы превратить углерод обратно в диэлектрик, необходимо более сильное воздействие током, чем требовалось для превращения углерода в электропроводник. Время воздействия — 1 нс.
Углеродня память является чрезвычайно надежной. Электрическое сопротивление в состоянии включения/выключения существенно не изменяется, даже если операции считывания повторялись 2,3 x 1013 раз при напряжении 0,1 вольта и температуре 75°C.
Однако, есть моменты, которые необходимо учитывать. Если напряжение импульса тока слишком высоко — на уровне 10 вольт, площадь углерода, который приобретает электропроводящие свойства, окисляется или газифицируется, превращаясь в дырку, таким образом, вернуть углерод в первоначальное состояние уже не представляется возможным.
Кроме того, существуют проблемы и с применением углеродов-электропроводников, таких как углеродные нанотрубки или графен. Если делать память на основе этих материалов, для изменения их состояния потребуется напряжение по меньшей мере 8 вольт. Кроме того, сила подаваемого тока также должна быть выше — для изменения состояния одной ячейки памяти диаметром в несколько десятков нанометров понадобится несколько десятков микроампер. Тогда получится, что при компактном расположении ячеек памяти плотность тока будет просто огромной: от нескольких сотен мегаампер на кв.см до 1ГA/cм2.
К тому же, несмотря на то, что ячейка памяти, сделанная на основе электропроводящих углеродов, показывает замечательные свойства при первой записи информации, однако уже после второй записи показатели электрического сопротивления, соответствующие состояниям включения/выключения, значительно падают, а во время четвертой записи между ними уже практически нет никакой разницы. Разработчики из Qimonda объясняют это тем, что «вольфрам, используемый в электродах, и углеродный материал взаимодействуют между собой и образуют карбид вольфрама».
Несмотря на некоторые сложности, уже сегодня понятно, что на основе нового материала могут создаваться запоминающие устройства следующего поколения.
