(Phys.org) —Rice Universitys banbrytande teknik för kiseloxid för hög densitet, nästa generations datorminne är ett steg närmare massproduktion, tack vare en förfining som gör det möjligt för tillverkare att tillverka enheter vid rumstemperatur med konventionella produktionsmetoder.

Upptäcktes först för fem år sedan, Risens kiseloxidminnen är en typ av tvåterminaler, "resistiv random-access memory" (RRAM) -teknologi. I ett nytt papper tillgängligt online i American Chemical Society journal Nano bokstäver , ett Rice -team under ledning av kemisten James Tour jämförde sin RRAM -teknik med mer än ett dussin konkurrerande versioner.

"Detta minne är överlägset alla andra två-terminala unipolära resistiva minnen med nästan varje metrisk, "Tour sa." Och eftersom våra enheter använder kiseloxid-det mest studerade materialet på jorden-är den underliggande fysiken både väl förstådd och lätt att implementera i befintliga tillverkningsanläggningar. "Tour är Rices TT och WF Chao Chair i kemi och professor av maskinteknik och nanoteknik och datavetenskap.

Tour och kollegor började arbeta med sin banbrytande RRAM -teknik för mer än fem år sedan. Grundkonceptet bakom resistiva minnesenheter är införandet av ett dielektriskt material - ett som normalt inte leder elektricitet - mellan två ledningar. När en tillräckligt hög spänning appliceras över ledningarna, en smal ledningsbana kan bildas genom det dielektriska materialet.

Närvaron eller frånvaron av dessa ledningsvägar kan användas för att representera de digitala dataens binära 1:or och 0:or. Forskning med ett antal dielektriska material under det senaste decenniet har visat att sådana ledningsvägar kan bildas, trasiga och reformerade tusentals gånger, vilket innebär att RRAM kan användas som grund för omskrivbart minne med slumpmässig åtkomst.

RRAM är under utveckling över hela världen och förväntas ersätta flashminne -teknik på marknaden inom några år eftersom den är snabbare än blixt och kan packa mycket mer information på mindre utrymme. Till exempel, tillverkare har meddelat planer på RRAM -prototypchips som kommer att kunna lagra ungefär en terabyte data på en enhet som är lika stor som ett frimärke - mer än 50 gånger datatätheten för nuvarande flashminne -teknik.

Den viktigaste ingrediensen i Rices RRAM är dess dielektriska komponent, kiseloxid. Kisel är det vanligaste elementet på jorden och grundingrediensen i konventionella mikrochips. Mikroelektronik tillverkningsteknik baserad på kisel är utbredd och lätt att förstå, men fram till 2010 upptäckten av konduktiva filamentvägar i kiseloxid i Tour's lab, materialet ansågs inte vara ett alternativ för RRAM.

Sedan dess, Tours team har tävlat för att vidareutveckla sin RRAM och till och med använt den för exotiska nya enheter som transparenta flexibla minneschips. På samma gång, forskarna genomförde också otaliga tester för att jämföra prestanda för kiseloxidminnen med konkurrerande dielektrisk RRAM -teknik.

"Vår teknik är den enda som uppfyller alla marknadskrav, både ur produktions- och prestationssynpunkt, för icke -flyktigt minne, "Tour sa." Den kan tillverkas i rumstemperatur, har en extremt låg formspänning, högt på / av-förhållande, låg energiförbrukning, nio-bitars kapacitet per cell, exceptionella växlingshastigheter och utmärkt cykeluthållighet. "

I den senaste studien, ett team under ledning av huvudförfattare och Rice postdoktoral forskare Gunuk Wang visade att användning av en porös version av kiseloxid dramatiskt kan förbättra Rices RRAM på flera sätt. Först, det porösa materialet reducerade formningsspänningen - den effekt som behövs för att bilda ledningsvägar - till mindre än två volt, en 13-faldig förbättring jämfört med lagets tidigare bästa och ett antal som ställer sig mot konkurrerande RRAM-teknik. Dessutom, den porösa kiseloxiden gjorde det också möjligt för Tour -teamet att eliminera behovet av en "enhetskantstruktur".

"Det betyder att vi kan ta ett ark med porös kiseloxid och bara släppa ner elektroder utan att behöva tillverka kanter, "Tour sa." När vi gjorde vårt första tillkännagivande om kiseloxid 2010, en av de första frågorna jag fick från industrin var om vi kunde göra detta utan att tillverka kanter. Då kunde vi inte, men bytet till porös kiseloxid tillåter oss äntligen att göra det. "

Wang sa, "Vi visade också att det porösa kiseloxidmaterialet ökade uthållighetscyklerna mer än 100 gånger jämfört med tidigare icke -porösa kiseloxidminnen. Slutligen, det porösa kiseloxidmaterialet har en kapacitet på upp till nio bitar per cell som är det högsta antalet bland oxidbaserade minnen, och multipelkapaciteten påverkas inte av höga temperaturer. "

Tour sa att den senaste utvecklingen med porös kiseloxid - minskad formningsspänning, eliminering av behovet av kanttillverkning, utmärkt uthållighetscykling och multi-bit-kapacitet-är extremt tilltalande för minnesföretag.

"Det här är en stor prestation, och vi har redan kontaktats av företag som är intresserade av att licensiera denna nya teknik, " han sa.

Studieförfattare-alla från Rice-inkluderar postdoktoralforskare Yang Yang; forskare Jae-Hwang Lee; doktorander Vera Abramova, Huilong Fei och Gedeng Ruan; och Edwin Thomas, William och Stephanie Sick Dean vid Rices George R. Brown School of Engineering, professor i maskinteknik och materialvetenskap och i kemisk och biomolekylär teknik.