Вечная память
АрхивДостиженияВ ближайшее время фирма Motorola планирует внести свой вклад в "эволюцию" флэш-устройств и сделать их более быстродействующими и дешевыми, чем прежде
Энергонезависимая (флэш-) память совершенствуется по мере стремления людей изобрести более простые и удобные способы сохранения и передачи информации. В ближайшее время фирма Motorola планирует внести свой вклад в "эволюцию" флэш-устройств, и сделать их более быстродействующими и дешевыми, чем прежде.
Флэш-память появилась не сразу. Ее прообразом была техника на основе ROM (Read Only Memory – память только для чтения или ПЗУ – постоянное запоминающее устройство). Первоначально информация на такие устройства записывалась в процессе их изготовления – непосредственно на кристалле при нанесении маскирующего слоя – и становилась их неизменной составной частью. Эта технология требовала довольно больших затрат и была неэффективна: информацию нельзя было перезаписать, а для того, чтобы ее изменить, нужно было заново изготавливать маски.
Более гибкий подход был реализован при создании программируемых ПЗУ (ППЗУ, PROM – Programmable ROM) с однократной записью. Информация на кристаллы записывалась (точнее, выжигалась в различных областях памяти на их поверхности) уже после их изготовления с помощью мощных импульсов напряжения. Записанные таким образом данные уже нельзя было изменить, но процесс изготовления ПЗУ с различным содержимым был достаточно прост.
Затем наступил черед стираемых программируемых ПЗУ (СППЗУ, EPROM – Erasable PROM) – появилась возможность при необходимости стереть все данные с кристалла и повторить процесс записи снова. Информация стиралась под воздействием мощного ультрафиолетового излучения, что все-таки было довольно неудобно.
Следующим важным шагом стало создание EPROM с электрическим стиранием информации (ЭСППЗУ, EEPROM – Electrically Erasable PROM), работающей подобно EPROM, но обладающей одним существенным преимуществом: стирание информации в ней производилось простой подачей сигнала с более высоким (по сравнению с нормальным) напряжением. В результате появилось ПЗУ, содержимое которого может быть изменено непосредственно в процессе работы.
В конце концов появилась применяемая ныне флэш-память. От обычных EPROM она отличается высокой скоростью доступа и стирания записанной информации. Она работает при более низком напряжении, а удаление данных производится без его повышения.
Как и во всех ПЗУ со стиранием информации, во флэш-памяти число циклов записи/стирания ограниченно. В первых моделях таких устройств допускалось выполнение только нескольких десятков тысяч циклов перезаписи, однако новые разработки пригодны для выполнения миллионов циклов и более.
Все же, существующая флэш-память (наиболее современная память основана на технологии с "плавающими воротами" транзистора – floating gate) имеет ряд недостатков:
- она в скором времени исчерпает свои ресурсы из-за невозможности дальнейшего уменьшения размеров затвора;
- информация в ней хранится недостаточно долго;
- флэш-память имеет большие размеры;
- у нее высокий уровень энергопотребления.
И вот Motorola разработала два новых вида флэш-памяти: Sonos и Q-flash.
*Sonos (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor)*
Одной из преимуществ памяти Sonos – использование только одного слоя поликристаллического кремния. А значит, по сравнению с традиционной памятью, ее производство будет дешевле и процент брака намного ниже. Минимальный размер ячейки новой памяти (они располагаются в нитридном слое под воротами транзистора из поликристаллического кремния) будет в 1,25 раза меньше. Но в каждой такой ячейке Sonos можно хранить не по одному (как обычной памяти), а по два бита – при равной площади пластин на Sonos можно записать в 2,5 раза больше информации (похожая технология – использование одной ячейки для хранения двух бит – была разработана в 2001 году компанией AMD для памяти сверхвысокой емкости Mirror Bit). Если потребуется повышенная надежность памяти (для ее использования в критических приложениях, например, в бортовом компьютере автомобиля или датчиках двигателя), то ее можно достигнуть всего лишь уменьшением количества хранимых в ячейке бит до одного. Также при производстве Sonos необходимо наносить не одиннадцать дополнительных слоев масок, а всего четыре.
Новая память Motorola использует один и тот же канал и для стирания информации в ячейке, и для ее записи. Исследователи из Motorola обнаружили, что использование инжекции "горячей" дырки для стирания информации, ведет к снижению надежности. Дело в том, что когда инжектированные дырки не полностью вытесняют хранимые электроны, то происходит накопление остаточного заряда, который может привести к порче информации. Поэтому для стирания данных используется туннелирование электрона из ячейки, которое раннее почти не применялось. Запись информации производится инжекцией горячего электрона.
Для записи и стирания информации в Sonos достаточно 6В, в то время как для работы со старой памятью (с "плавающими воротами" транзистора) нужно целых 10В.
Motorola позиционирует Sonos как дополнение к MRAM: если необходима очень высокая скорость работы – можно использовать MRAM, а если нет – Sonos. Компания планирует выпустить образцы MRAM, выполненные по 180-нм техпроцессу, к концу 2003 года и затем совместно с Philips и STMicroelectronics разработать 90-нм память MRAM. К началу 2004 года Motorola планирует начать производство 90-нанометровой памяти Sonos и постепенно заменить ей традиционную флэш-память.
*Q-flash*
В основе другого типа памяти, Q-flash, разработанного Motorola, лежит использование кремниевых нанокристаллов диаметром около 5 нанометров (по сути – квантовых точек) для хранения заряда. Попав в такой кристалл, электрон не может "перепрыгнуть" в следующий и не дает попасть в этот кристалл второму электрону – квантовая точка становится изолятором. Память Q-flash работает при меньшем напряжении и имеет меньшие размеры, чем Sonos. Также время хранения данных в ней намного превосходит время хранения во всех существующих видах долговременной памяти. Сейчас компания совместно с Университетом Техаса в Остине разрабатывает технологию быстрого термохимического парового осаждения кремниевых нанокристаллов. Если не возникнет никаких осложнений, первые прототипы Q-flash появятся в 2005 году.
С появлением в продаже таких видов памяти, как Sonos и Q-flash, будет возможным изготавливать более быстрые, мощные, компактные и надежные устройства, которые, к тому же, будут работать намного дольше нынешних. Также, при разработке новой памяти могут быть усовершенствованы и дополнены технологии, которые впоследствии смогут найти промышленное применение.
