Los científicos de la Universidad de Rice han creado los primeros chips de memoria de dos terminales que usan solo silicio, una de las sustancias más comunes del planeta, de una manera que debería ser fácilmente adaptable a las técnicas de fabricación nanoelectrónica y promete ampliar los límites de la miniaturización sujetos a la Ley de Moore.

El año pasado, Los investigadores del laboratorio de Rice, el profesor James Tour, mostraron cómo la corriente eléctrica podía romperse y reconectarse repetidamente tiras de grafito de 10 nanómetros. una forma de carbono, para crear un robusto, "bit" de memoria confiable. En el momento, no entendían completamente por qué funcionaba tan bien.

Ahora, ellas hacen. Una nueva colaboración de los laboratorios Rice de profesores Tour, Douglas Natelson y Lin Zhong demostraron que el circuito no necesita carbono en absoluto.

Jun Yao, estudiante de posgrado en el laboratorio de Tour y autor principal del artículo que aparecerá en la edición en línea de Nano letras , confirmó su idea innovadora cuando interpuso una capa de óxido de silicio, un aislante, entre láminas semiconductoras de silicio policristalino que servían como electrodos superior e inferior.

La aplicación de una carga a los electrodos creó una vía conductora al eliminar los átomos de oxígeno del óxido de silicio y formar una cadena de cristales de silicio de tamaño nanométrico. Una vez formado, la cadena se puede romper y volver a conectar repetidamente aplicando un pulso de voltaje variable.

Los alambres de nanocristales son tan pequeños como 5 nanómetros de ancho, mucho más pequeño que los circuitos incluso en las computadoras y dispositivos electrónicos más avanzados.

"La belleza de ella es su sencillez, "dijo Tour, T.T. y W.F. de Rice Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática. Ese, él dijo, será clave para la escalabilidad de la tecnología. Los interruptores de óxido de silicio o las ubicaciones de memoria requieren solo dos terminales, no tres (como en la memoria flash), porque el proceso físico no requiere que el dispositivo mantenga una carga.

También significa que las capas de memoria de óxido de silicio se pueden apilar en matrices tridimensionales diminutas pero espaciosas. "La industria me ha dicho que si no estás en el negocio de las memorias 3D en cuatro años, no vas a estar en el negocio de la memoria. Esto es perfecto para eso, "Dijo Tour.

Las memorias de óxido de silicio son compatibles con la tecnología de fabricación de transistores convencional, dijo Tour, quien recientemente asistió a un taller de la National Science Foundation e IBM sobre cómo romper las barreras de la Ley de Moore, que establece que la cantidad de dispositivos en un circuito se duplica cada 18 a 24 meses.

"Los fabricantes creen que pueden reducir las rutas a 10 nanómetros. La memoria flash va a chocar contra una pared de ladrillos a unos 20 nanómetros. Pero, ¿cómo podemos ir más allá de eso? Bueno, nuestra técnica se adapta perfectamente a circuitos de menos de 10 nanómetros, " él dijo.

La empresa de diseño de tecnología de Austin PrivaTran ya está probando un chip de óxido de silicio con 1, 000 elementos de memoria construidos en colaboración con el laboratorio Tour. "Estamos muy entusiasmados con el destino de los datos aquí, "dijo el director ejecutivo de PrivaTran, Glenn Mortland, que está utilizando la tecnología en varios proyectos apoyados por la Oficina de Investigación del Ejército, Fundación Nacional de Ciencia, Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, y los programas de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR) y Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas del Comando de Sistemas de Guerra Espacial y Naval de la Armada.

"La financiación de nuestros clientes original se orientó hacia más memorias de alta densidad, ", Dijo Mortland." Ahí es donde la mayoría de los clientes que pagan ven esto. Creo, por el camino, Habrá aplicaciones secundarias en varias configuraciones no volátiles ".

Yao tuvo dificultades para convencer a sus colegas de que el óxido de silicio por sí solo podía hacer un circuito. "Otros miembros del grupo no le creyeron, "dijo Tour, quien agregó que nadie reconoció el potencial del óxido de silicio, a pesar de que es "el material más estudiado en la historia de la humanidad".

"La mayoría de la gente, cuando vieron este efecto, diría, 'Oh, tuvimos descomposición de óxido de silicio, 'y lo tiran, ", dijo." Estaba allí sentado esperando ser explotado ".

En otras palabras, lo que solía ser un error resultó ser una característica.

Yao fue al tapete por su idea. Primero sustituyó el grafito por una variedad de materiales y descubrió que ninguno de ellos cambiaba el rendimiento del circuito. Luego dejó caer el carbono y el metal por completo y colocó óxido de silicio entre los terminales de silicio. Funcionó.

"Fue un momento muy difícil para mí, porque la gente no lo creía, "Dijo Yao. Finalmente, como prueba de concepto, cortó un nanotubo de carbono para localizar el sitio de conmutación, cortó una pieza muy delgada de óxido de silicio mediante un haz de iones enfocado e identificó una ruta de silicio a nanoescala bajo un microscopio electrónico de transmisión.

"Esto es investigación, "Dijo Yao." Si haces algo y todos asienten con la cabeza, entonces probablemente no sea tan grande. Pero si haces algo y todos sacuden la cabeza, entonces lo demuestras, podría ser grande.

"No importa cuántas personas no lo crean. Lo que importa es si es verdad o no".

Los circuitos de óxido de silicio tienen todos los beneficios del dispositivo de grafito reportado anteriormente. Cuentan con altas relaciones de encendido y apagado, excelente resistencia y conmutación rápida (por debajo de 100 nanosegundos).

También serán resistentes a la radiación, lo que debería hacerlos adecuados para aplicaciones militares y de la NASA. "Está claro que hay muchos usos endurecidos por radiación para esta tecnología, "Dijo Mortland.

El óxido de silicio también funciona en arreglos de puertas reprogramables que está construyendo NuPGA, una empresa formada el año pasado a través de patentes colaborativas con Rice University. Los dispositivos de NuPGA ayudarán en el diseño de circuitos informáticos basados ​​en matrices verticales de óxido de silicio incrustadas en "vías, “Los agujeros en los circuitos integrados que conectan capas de circuitos. Tales arreglos de puertas regrabables podrían reducir drásticamente el costo de diseñar dispositivos electrónicos complejos.