Forskare från Rice University har skapat de första minneschippen med två terminaler som bara använder kisel, en av de vanligaste ämnena på planeten, på ett sätt som lätt skulle kunna anpassas till nanoelektroniska tillverkningstekniker och lovar att förlänga gränserna för miniatyrisering med förbehåll för Moores lag.

Förra året, forskare i risprofessorn James Tours labb visade hur elektrisk ström upprepade gånger kunde bryta och återansluta 10 nanometers remsor av grafit, en form av kol, att skapa en robust, pålitligt minne "bit". Just då, de förstod inte helt varför det fungerade så bra.

Nu, dom gör. Ett nytt samarbete av Rice labs of professors Tour, Douglas Natelson och Lin Zhong bevisade att kretsen inte alls behöver kolet.

Jun Yao, en doktorand i Tour's lab och huvudförfattare till tidningen som ska visas i onlineutgåvan av Nano bokstäver , bekräftade hans genombrottsidé när han smörjde in ett lager kiseloxid, en isolator, mellan halvledande ark av polykristallint kisel som tjänade som topp- och bottenelektroder.

Att applicera en laddning på elektroderna skapade en ledande väg genom att avlägsna syreatomer från kiseloxiden och bilda en kedja av nanostorlekar av kiselkristaller. En gång bildat, kedjan kan upprepade gånger brytas och återanslutas genom att applicera en puls med varierande spänning.

Nanokristalltrådarna är så små som 5 nanometer breda, mycket mindre än kretsar i även de mest avancerade datorer och elektroniska enheter.

"Det fina med det är dess enkelhet, sa Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap. Den där, han sa, kommer att vara nyckeln till teknikens skalbarhet. Kiseloxidomkopplare eller minnesplatser kräver bara två terminaler, inte tre (som i flashminne), eftersom den fysiska processen inte kräver att enheten håller en avgift.

Det betyder också att lager av kiseloxidminne kan staplas i små men rymliga tredimensionella matriser. "Jag har fått höra av industrin att om du inte är i 3D-minnesbranschen om fyra år, du kommer inte att vara i minnesbranschen. Detta är perfekt för det, "Sa Tour.

Kiseloxidminnen är kompatibla med konventionell transistortillverkningsteknik, sa Tour, som nyligen deltog i en workshop av National Science Foundation och IBM om att bryta hindren för Moores lag, som anger antalet enheter på en krets fördubblas var 18 till 24 månader.

"Tillverkare känner att de kan få vägar ner till 10 nanometer. Flash-minne kommer att träffa en tegelvägg på cirka 20 nanometer. Men hur kommer vi bortom det? Tja, vår teknik är perfekt lämpad för sub-10 nanometer kretsar, " han sa.

Austins teknikdesignföretag PrivaTran bänktestar redan ett kiseloxidchip med 1, 000 minneselement byggda i samarbete med Tour-labbet. "Vi är riktigt exalterade över vart data tar vägen här, " sa PrivaTrans vd Glenn Mortland, som använder tekniken i flera projekt som stöds av Army Research Office, Nationella vetenskapsfonden, Air Force Office of Scientific Research, och Navy Space and Naval Warfare Systems Command Small Business Innovation Research (SBIR) och Small Business Technology Transfer -program.

"Vår ursprungliga kundfinansiering var inriktad på fler högdensitetsminnen, "Mortland sa." Det är där de flesta betalande kunder ser detta gå. Jag tror, längs vägen, det kommer att finnas sidoapplikationer i olika icke-flyktiga konfigurationer."

Yao hade svårt att övertyga sina kollegor om att kiseloxid ensam skulle kunna skapa en krets. "Andra gruppmedlemmar trodde inte på honom, sa Tour, som tillade att ingen kände igen kiseloxidens potential, även om det är "det mest studerade materialet i mänsklighetens historia."

"De flesta, när de såg denna effekt, skulle säga, 'Åh, vi hade kiseloxidnedbrytning, och de kastar ut den, sa han. Den satt bara där och väntade på att bli utnyttjad.

Med andra ord, det som brukade vara en bugg visade sig vara en funktion.

Yao gick till mattan för sin idé. Han ersatte först grafit med en mängd olika material och fann att inget av dem förändrade kretsens prestanda. Sedan tappade han kolet och metallen helt och slog in kiseloxid mellan kiselterminalerna. Det fungerade.

"Det var en riktigt svår tid för mig, för att folk inte trodde det, "Sa Yao. Slutligen, som ett bevis på konceptet, han klippte en kolnanorör för att lokalisera omkopplingsplatsen, skivade ut en mycket tunn bit kiseloxid med fokuserad jonstråle och identifierade en nanoskala kiselväg under ett transmissionselektronmikroskop.

"Detta är forskning, "Sa Yao." Om du gör något och alla nickar med huvudet, då är det nog inte så stort. Men om du gör något och alla skakar på huvudet, då bevisar du det, det kan bli stort.

"Det spelar ingen roll hur många som inte tror på det. Det som spelar roll är om det är sant eller inte."

Kiseloxidkretsar har alla fördelar med den tidigare rapporterade grafitenheten. De har höga på-av-förhållanden, utmärkt uthållighet och snabb växling (under 100 nanosekunder).

De kommer också att vara resistenta mot strålning, vilket bör göra dem lämpliga för militära och NASA -applikationer. "Det är klart att det finns många strålningshärdade användningsområden för denna teknik, "Sa Mortland.

Kiseloxid fungerar också i omprogrammerbara gate-arrayer som byggs av NuPGA, ett företag som bildades förra året genom samarbetspatent med Rice University. NuPGA:s enheter hjälper till att utforma datorkretsar baserade på vertikala uppsättningar av kiseloxid inbäddade i "vias, "hålen i integrerade kretsar som förbinder lager av kretsar. Sådana omskrivbara gate-arrayer kan drastiskt minska kostnaderna för att designa komplexa elektroniska enheter.