Nano-RAM - Nano-RAM
Nano-RAM je patentovaná technologie počítačové paměti od společnosti Nantero . Jedná se o typ netěkavé paměti s náhodným přístupem na základě polohy uhlíkových nanotrubiček uložených na substrátu podobném čipu. Teoreticky malá velikost nanotrubiček umožňuje paměti s velmi vysokou hustotou. Nantero jej také označuje jako NRAM.
Technologie
První generace technologie Nantero NRAM byla založena na tříkoncovém polovodičovém zařízení, kde se třetí terminál používá k přepínání paměťové buňky mezi stavy paměti. Technologie NRAM druhé generace je založena na dvoukoncové paměťové buňce. Dvoukoncová buňka má výhody, jako je menší velikost buňky, lepší škálovatelnost na uzly sub-20 nm (viz výroba polovodičových součástek ) a schopnost pasivace paměťové buňky během výroby.
V matrici z netkané textilie z uhlíkových nanotrubiček (CNT) mohou být zkřížené nanotrubice buď dotykové, nebo mírně oddělené v závislosti na jejich poloze. Při dotyku jsou uhlíkové nanotrubice drženy pohromadě Van der Waalsovými silami . Každý NRAM "článek" sestává ze vzájemně propojené sítě CNT umístěných mezi dvěma elektrodami, jak je znázorněno na obrázku 1. Tkanina CNT je umístěna mezi dvěma kovovými elektrodami, která je definována a leptána fotolitografií , a tvoří buňku NRAM.
NRAM funguje jako odporová energeticky nezávislá paměť s náhodným přístupem (RAM) a může být umístěna ve dvou nebo více odporových režimech v závislosti na odporovém stavu struktury CNT. Když CNT nejsou v kontaktu, stav odporu tkaniny je vysoký a představuje stav „vypnuto“ nebo „0“. Když se CNT uvedou do kontaktu, stav odporu látky je nízký a představuje stav „zapnuto“ nebo „1“. NRAM funguje jako paměť, protože dva odporové stavy jsou velmi stabilní. Ve stavu 0 nejsou CNT (nebo jejich část) v kontaktu a zůstávají v odděleném stavu kvůli tuhosti CNT, což vede k vysokému odporu nebo stavu měření nízkého proudu mezi horní a dolní elektrodou. Ve stavu 1 jsou CNT (nebo jejich část) v kontaktu a zůstávají v kontaktu kvůli Van der Waalsovým silám mezi CNT, což má za následek nízký odpor nebo stav měření vysokého proudu mezi horní a dolní elektrodou. Pamatujte, že jiné zdroje odporu, jako je kontaktní odpor mezi elektrodou a CNT, mohou být významné a je třeba je také vzít v úvahu.
Pro přepínání NRAM mezi stavy je mezi horní a dolní elektrodu přivedeno malé napětí větší než čtecí napětí. Pokud je NRAM ve stavu 0, přivedené napětí způsobí elektrostatickou přitažlivost mezi CNT blízko u sebe a způsobí operaci SET. Po přiložené napětí je odstraněn, CNT zůstávají ve stavu 1 nebo nízký odpor v důsledku tělesného adheze (Van der Waalsovy síly) s aktivační energii (E ) přibližně 5eV. Pokud je buňka NRAM ve stavu 1, aplikace napětí vyššího než čteného napětí vygeneruje excitace fononů CNT s dostatečnou energií k oddělení CNT spojů. Toto je operace RESET řízená fonony. CNT zůstávají v poloze OFF nebo stavu vysoké odolnosti vzhledem k vysoké mechanické pevnosti ( Youngův modul 1 TPA) s aktivační energie (E ) mnohem větší než 5 eV. Obrázek 2 ilustruje oba stavy jednotlivé dvojice CNT zapojených do přepínací operace. Vzhledem k vysoké aktivační energii (> 5 eV) potřebné k přepínání mezi stavy odolává spínač NRAM vnějšímu rušení, jako je záření a provozní teplota, které mohou vymazat nebo převrátit běžné paměti, jako je DRAM .
NRAM jsou vyráběny nanášením rovnoměrné vrstvy CNT na prefabrikované pole budičů, jako jsou tranzistory, jak je znázorněno na obrázku 1. Spodní elektroda článku NRAM je v kontaktu s podkladem prostřednictvím (elektroniky) spojujícího článek s budičem . Spodní elektroda může být vyrobena jako součást podkladové vrstvy nebo může být vyrobena současně s buňkou NRAM, když je buňka fotolitograficky definována a leptána. Před tím, než je článek fotolitograficky definován a leptán, je horní elektroda nanesena jako kovový film na vrstvu CNT, takže elektroda z horního kovu je vzorována a leptána během definice článku NRAM. Po dielektrické pasivaci a naplnění pole je vrchní kovová elektroda vystavena leptáním zpět nad ní ležícího dielektrika pomocí vyhlazovacího procesu, jako je chemicko-mechanická planárizace . S odkrytou horní elektrodou je vyrobena další úroveň propojení kovových vodičů k dokončení pole NRAM. Obrázek 3 ilustruje metodu jednoho obvodu pro výběr jedné buňky pro zápis a čtení. Pomocí uspořádání propojení mezi mřížkami tvoří NRAM a ovladač (buňka) paměťové pole podobné jiným paměťovým polím. Jedna buňka může být vybrána aplikací správných napětí na slovní linku (WL), bitovou linku (BL) a výběr linek (SL), aniž by došlo k narušení ostatních buněk v poli.
Vlastnosti
NRAM má hustotu, alespoň teoreticky, podobnou hustotě DRAM. Paměť DRAM zahrnuje kondenzátory, které jsou v podstatě dvěma malými kovovými deskami a mezi nimi je tenký izolátor. NRAM má terminály a elektrody zhruba stejné velikosti jako destičky na DRAM, nanotrubice mezi nimi jsou tak menší, že nepřidávají nic k celkové velikosti. Zdá se však, že existuje minimální velikost, na kterou lze postavit DRAM, pod kterou prostě není na deskách uložen dostatek náboje. Zdá se, že NRAM je omezen pouze litografií . To znamená, že NRAM se může stát mnohem hustší než DRAM, možná také levnější. Na rozdíl od DRAM nevyžaduje NRAM energii, aby ji „obnovila“, a uchová si svoji paměť i po odpojení napájení. Energie potřebná k zápisu a udržení stavu paměti zařízení je tedy mnohem nižší než na DRAM, která musí vytvářet náboj na deskách buněk. To znamená, že NRAM může konkurovat DRAM, pokud jde o náklady, ale také vyžaduje méně energie, a ve výsledku také mnohem rychlejší, protože výkon zápisu je do značné míry určen celkovým potřebným nábojem. NRAM může teoreticky dosáhnout výkonu podobného SRAM, který je rychlejší než DRAM, ale mnohem méně hustý, a tedy mnohem dražší.
Srovnání s jinou energeticky nezávislou pamětí
Ve srovnání s jinými technologiemi energeticky nezávislé paměti s náhodným přístupem (NVRAM) má NRAM několik výhod. Ve flash paměti , což je běžná forma NVRAM, se každá buňka podobá tranzistoru MOSFET s řídicí bránou (CG) modulovanou plovoucí bránou (FG) vloženou mezi CG a FG. FG je obklopeno izolačním dielektrikem, obvykle oxidem. Vzhledem k tomu, že FG je elektricky izolován okolním dielektrikem, veškeré elektrony umístěné na FG budou zachyceny na FG, který stíní CG z kanálu tranzistoru a upravuje prahové napětí (VT) tranzistoru. Zápisem a řízením množství náboje umístěného na FG FG řídí stav vedení bleskového zařízení MOSFET v závislosti na VT vybrané buňky. Proud protékající kanálem MOSFET je snímán, aby se určil stav buňky tvořící binární kód, kde stav 1 (proud), když je použito příslušné napětí CG, a stav 0 (žádný proud, proud), když je napětí CG .
Po zápisu izolátor zachytí elektrony na FG a zablokuje je do stavu 0. Aby se však tento bit změnil, musí být izolátor „přebitý“, aby vymazal veškerý náboj, který je v něm již uložen. To vyžaduje vyšší napětí, přibližně 10 voltů, mnohem více, než může poskytnout baterie. Flash systémy obsahují „ nabíjecí čerpadlo “, které pomalu vytváří energii a uvolňuje ji při vyšším napětí. Tento proces je nejen pomalý, ale degraduje izolátory. Z tohoto důvodu má flash omezený počet zápisů, než bude zařízení nadále fungovat efektivně.
Čtení a zápis NRAM jsou ve srovnání s bleskem „nízkoenergetické“ (nebo „DRAM“ v důsledku „obnovování“), což znamená, že NRAM může mít delší životnost baterie. Může být také mnohem rychlejší psát než oba, což znamená, že může být použito k nahrazení obou. Moderní telefony zahrnují flash paměť pro ukládání telefonních čísel, DRAM pro vyšší výkon pracovní paměti, protože flash je příliš pomalý, a některé SRAM pro ještě vyšší výkon. Některé NRAM by mohly být umístěny na CPU, aby fungovaly jako mezipaměť CPU , a více v jiných čipech, které by nahradily jak DRAM, tak flash.
NRAM je jedním z řady nových paměťových systémů, z nichž mnohé tvrdí, že jsou „ univerzální “ stejným způsobem jako NRAM - nahrazují vše od flash přes DRAM po SRAM.
Alternativní pamětí připravenou k použití je feroelektrická RAM (FRAM nebo FeRAM). FeRAM přidává malé množství ferroelektrického materiálu do buňky DRAM. Stav pole v materiálu kóduje bit v nedestruktivním formátu. FeRAM má výhody NRAM, i když nejmenší možná velikost buněk je mnohem větší než u NRAM. FeRAM se používá v aplikacích, kde je problém s omezeným počtem zápisů flash. Operace čtení FeRAM jsou destruktivní a následně vyžadují operaci obnovení zápisu.
Mezi další spekulativnější paměťové systémy patří magnetorezistivní paměť s náhodným přístupem (MRAM) a paměť s fázovými změnami (PRAM). MRAM je založen na mřížce magnetických tunelů . MRAM čte paměť pomocí efektu magnetorezistence tunelu , což jí umožňuje číst paměť jak nedestruktivně, tak s velmi malým výkonem. Rané MRAM používalo pole indukované psaní, dosáhlo limitu z hlediska velikosti, což ho udržovalo mnohem větší než u flash zařízení. Nové techniky MRAM by však mohly překonat omezení velikosti, aby byla MRAM konkurenceschopná i s flash pamětí. Jedná se o metody Thermal Assisted Switching (TAS) vyvinuté společností Crocus Technology a točivý moment Spin-transfer, na kterém v roce 2009 pracovaly společnosti Crocus, Hynix , IBM a další společnosti.
PRAM je založen na technologii podobné technologii zapisovatelných disků CD nebo DVD a používá materiál s fázovou změnou, který místo svých optických mění své magnetické nebo elektrické vlastnosti. Samotný materiál PRAM je škálovatelný, ale vyžaduje větší zdroj proudu.
Dějiny
 | |
| Typ | Soukromé |
|---|---|
| Průmysl | Polovodiče, nanotechnologie |
| Založený | 2001 |
| Sídlo společnosti |
, NÁS
|
| produkty | Nano-RAM |
| webová stránka | www |
Nantero byla založena v roce 2001 a sídlí ve Woburnu v Massachusetts . Vzhledem k masivním investicím do závodů na výrobu polovodičů flash nebyla na trhu flash nahrazena žádnou alternativní pamětí, a to navzdory předpovědím o blížící se rychlosti a hustotě NRAM již v roce 2003.
V roce 2005 byla NRAM propagována jako univerzální paměť a Nantero předpovídalo, že bude ve výrobě do konce roku 2006. V srpnu 2008 získala společnost Lockheed Martin exkluzivní licenci pro vládní aplikace duševního vlastnictví Nantero.
Na začátku roku 2009 měla společnost Nantero 30 amerických patentů a 47 zaměstnanců, ale stále byla ve fázi inženýrství. V květnu 2009 byla na misi STS-125 amerického raketoplánu Atlantis testována radiačně odolná verze NRAM .
Společnost byla zticha, dokud nebylo v listopadu 2012 oznámeno další kolo financování a spolupráce s belgickým výzkumným centrem imec . Nantero vyzvedl v kole série D z listopadu 2012 celkem více než 42 milionů dolarů. Mezi investory patřili Charles River Ventures , Draper Fisher Jurvetson , Globespan Capital Partners , Stata Venture Partners a Harris & Harris Group . V květnu 2013 společnost Nantero dokončila řadu D investicí Schlumberger . Společnost EE Times uvedla Nantero jako jeden z „10 nejlepších startupů, které lze sledovat v roce 2013“.
31. srpna 2016: Dva podniky v oboru polovodičů Fujitsu licencují technologii Nantero NRAM se společným vývojem Nantero – Fujitsu na výrobu čipů v roce 2018. Budou mít několik tisíckrát rychlejší přepisování a tisíckrát více přepisovacích cyklů než vestavěná flash paměť.
Viz také
- RAM
- Magnetorezistivní paměť s náhodným přístupem
- Paměť pro fázovou změnu
- Feroelektrická RAM
- Nanokrystal