Технология ATOM2CHIP может стать будущим носителей информации, поскольку она обеспечивает более высокую эффективность и производительность.
Согласно эмпирическому правилу, размеры транзисторов на микрочипах удваиваются примерно каждые два года, а вместе с ними и их производительность. Однако после 50 лет действия закона Мура прогресс в разработке чипов уже некоторое время идет на спад. На всё более мелких чипах кремний, толщина которого составляет сотни микрометров, больше не обеспечивает желаемого прироста производительности.
Большие надежды на значительное улучшение чипов связаны с так называемыми двумерными материалами. Их толщина составляет менее нанометра, и их можно наносить всего в несколько атомарных слоёв. Они обладают исключительными электрическими свойствами.
Исследовательская группа из Университета Фудань в Шанхае достигла прорыва, разработав такой материал. На прошлой неделе они представили полнофункциональный двумерный флэш-чип в журнале Nature, пишут СМИ. Этот тип компонента служит модулем памяти и используется, например, в USB-накопителях.
Шаг от исследований к применению
Исследователи интегрировали сверхбыструю двумерную флэш-память в зрелый кремниевый полупроводник, а именно КМОП (комплементарную структуру металл-оксид-полупроводник). Тем самым они создали модель для перехода от исследований к применению чипов следующего поколения, говорится в пресс-релизе университета.
Ученые назвали свою новую технологию «ATOM2CHIP». Новый чип работает на частоте до 5 мегагерц и, по данным Tom's Hardware, значительно экономичнее современных кремниевых чипов. Его энергопотребление составляет 0,644 пикоджоуля на бит. Ячейки двумерной флэш-памяти характеризуются скоростью работы 20 наносекунд.
Производство
Технология основана на традиционных серийно выпускаемых КМОП-чипах размером 5 х 5 миллиметров. Эти чипы сначала были очищены и покрыты слоем сульфида молибдена, который считается особенно гибким.
Главной задачей было сделать поверхность чипа максимально гладкой. Поскольку неровности всё ещё оставались на нанометровом уровне, исследователи разработали новый метод покрытия, при котором сульфид молибдена «растекался» по основной схеме, предотвращая её разрушение.
Пэн Чжоу, профессор Фуданьского университета, участвующий в исследовании, объясняет это на сайте университета следующим образом:
«Это как смотреть на Шанхай из космоса. Он кажется плоским, но внутри города есть здания разной высоты – более 400 метров, 100 метров или всего несколько десятков метров. Если бы вы накрыли город тонкой плёнкой, она не была бы плоской».
Защита от электростатического разряда
Но даже после завершения этого деликатного процесса двумерные материалы чрезвычайно чувствительны. Они могут быть серьёзно повреждены электростатическим разрядом во время традиционных процессов упаковки. Для человека электростатический разряд обычно ощущается как небольшой удар током – например, если пройти по синтетическому ковру и затем коснуться дверной ручки. Для микрочипа такой электростатический разряд подобен удару молнии, который может разрушить значительную часть схемы.
Поэтому исследовательская группа, с одной стороны, включила в новый чип защитные компоненты, которые могут перенаправлять электростатическое напряжение. С другой стороны, учёные предлагают «стратегию упаковки, которая подходит к двумерным материалам». По сравнению с традиционными процессами, она характеризуется более низкими температурами и давлением.
Будущее технологий хранения данных
Чжоу ожидает, что носители информации, использующие двумерную технологию, станут первыми, доступными для массового рынка. Это обусловлено, с одной стороны, сравнительно низкими требованиями к качеству материалов и производственным процессам.
С другой стороны, их производительность значительно превосходит производительность современных технологий. Профессор подчёркивает, что благодаря этой разработке Китай может стать лидером в производстве микросхем памяти следующего поколения.