Группа исследователей из университета Райс (Rice University), возглавляемая химиком Джеймсом Туром (James Tour), создала опытный образец чипа перезаписываемой энергонезависимой памяти объемом в 1 килобайт, основой которого являются ячейки памяти, изготовленные из оксида кремния. Использование этого материала позволит создавать чипы, которые превзойдут современную флэш-память по показателю плотности хранения информации, по количеству потребляемой энергии, по скорости записи и по многим другим параметрам.
Основой технологии изготовления энергонезависимой памяти являются исследования, проведенные в стенах лаборатории Tour lab. Проводя эти исследования, ученые обнаружили, что если через слой окиси кремния пропустить электрический ток с определенными характеристиками, молекулы оксида расщепляются, кислород улетучивается и на поверхности остается чистый кремний в металлической форме, формирующий токопроводящий канал, шириной всего в 5 нанометров. Использование электрического тока с иными характеристиками приводит к обратному процессу, металлический кремний окисляется, токопроводящий канал «разрушается», увеличивая электрическое сопротивление в тысячи раз. Затем эти токопроводящие каналы можно читать как логическую единицу или ноль в зависимости от состояния этого канала.
Каждая ячейка энергонезависимой памяти на основе оксида кремния подключается в общую схему с помощью двух электродов, что позволяет изготовить более компактную схему, нежели схема обычной флэш-памяти, ячейки которой подключаются тремя электродами. Ячейки новой памяти весьма устойчивы к воздействию высокой температуры, ионизирующего излучения, а их гибкая структура обеспечивает всему устройству высокую стойкость к механическим воздействиям и предоставляет возможность формировать их этих ячеек пространственные трехмерные кристаллы. Способность ячеек новой энергонезависимой памяти выдерживать без потери информации длительное воздействие радиации проверяется в настоящее время на борту Международной космической станции.
Токопроводящие каналы, индуцируемые в оксиде кремния, состоят из металлического кремния, имеющего свойства полупроводника. Таким образом, ячейка представляет собой нечто вроде диода, который выполняет весьма полезную функцию, блокируя сигналы и токи утечек от других ячеек памяти в момент чтения информации из одной определенной ячейки. С электрической точки зрения каждая ячейка представляет собой электронный прибор класса один диод-один резистор (one diode-one resistor, 1D-1R). Соотношение сопротивления ячейки во включенном и в отключенном состоянии равно 1 к 10000, что позволяет надежно хранить информацию в течение минимум десяти лет, не тратя на это ни капли энергии.
Каждая ячейка из оксида кремния способна иметь несколько градаций значения электрического сопротивления, которые устанавливаются с помощью отличных по характеристикам импульсов электрического тока. В перспективе такая возможность позволит хранить в одной ячейке не один бит двоичной информации, а большее количество информации, закодированной в виде значения ее электрического сопротивления.
Следует отметить, что финансирование данных исследований осуществлялось компанией Boeing Corp и Научно-исследовательским управлением ВВС США (Air Force Office of Scientific Research).