Комбинирането на транзистори и памет в един чип ускорява компютърните изчисления
(снимка: Purdue University/Vincent Walter)
Обработката и съхранението на данни в компютърните системи принципно се случват в различни модули – процесора и паметта. Комбинирането на изчислителни елементи и клетки памет в един чип може да ускори работата на компютрите.
Пилотното производство на вградена STT-MRAM памет от Intel, Samsung и други разработчици сближи процесорите с паметта. Магнеторезистивният тунелен преход може да бъде вграден в контактната група непосредствено под транзистора, което прави структурата вентил-клетка (1T1C) доста плътна.
Още по-голяма плътност може да се постигне, ако се използва фероелектрична клетка памет, комбинирана с транзистор. От десетилетия изследователите се опитват да интегрират двата елемента, но проблеми в интерфейса между фероелектрическия материал и силиция, от който е направен транзисторът, ограничават потенциала на подобни разработки.
Учени от изследователски център „Purdue Discovery Park Birck Nanotechnology Center” към университета Пърдю споделят изследване, в което са успели да създадат полеви транзистор с интегриран тунелен преход от материал със свойствата на фероелектрик – това е диелектрик, т.е. материал с изолационни свойства. Фероелектриците имат толкова широка зона на непропускане в лентата, че електроните не могат да проникнат през тях, докато полупроводниците и по-специално силицият лесно пренасят електрони.
В допълнение към тези свойства, фероелектриците имат друго качество, което предотвратява създаването на клетки памет върху единичен силициев кристал с транзистори. Силицият не се комбинира директно с фероелектрични материали. Той бива „отровен” от тях, както казват учените. За да предотвратят този отрицателен ефект и да създадат FeRAM клетка памет като част от транзистора, учените са избрали полупроводников материал със свойствата на фероелектрик.
Този материал е „алфа-индиев селенид” – има малка ширина на зоната на непропускане и може да пренася електричество. Тъй като е полупроводник, нищо не пречи да се комбинира със силиция.
Изследвания, експерименти и модели показват, че с подходяща оптимизация, полеви транзистор с алфа-индиев селенид може да надмине характеристиките на съществуващите полеви транзистори и да позволи създаване на клетки памет в тях. Дебелината на тунелния преход в този материал може да бъде 10 нм и дори по-малка – един слой от атоми.
Комбинирането на транзистор и памет обещава създаване на чипове, които се отличават с изключително висока плътност на елементите в тях. Перспективната разработка се финансира основно от американските военни.