Нанотехнологии удвоят ёмкость флэш-памяти

Технология, разработанная компанией Nanosys, позволяет с помощью металлических нанокристаллов кардинально увеличить ёмкость обычных микросхем флэш-памяти.

Сегодня флэш-память используется практически в каждом электронном устройств - от мобильного телефона и плеера до цифровой фотокамеры и карманного компьютера. Многие пользуются сменными флэш-картами и флэш-драйвами. Появились даже твёрдотельные накопители, которые в перспективе могут полностью заменить жёсткие диски с вращающимися пластинами и сложной механикой.

Однако с увеличением ёмкости заметно увеличиваются и габариты микросхем флэш-памяти, что делает их более громоздкими и более дорогими в производстве. Оригинальное и весьма радикальное решение этой проблемы предложила небольшая компания Nanosys из калифорнийского города Пало Альто. Как утверждают представители этой компании, они разработали материал, способный удвоить ёмкость обычных чипов флэш-памяти путём добавления на стадии производства микросхем самоформирующихся металлических нанокристаллов.

Компания Nanosys известна своими исследованиями в области нанотехнологий и обладает несколькими патентами на перспективные технологии выпуска полупроводниковых чипов. Среди партнёров Nanosys - такие известные корпорации, как Intel и Micron Technologies. В Nanosys заявляют, что их новая разработка, позволяющая использовать металлические нанокристаллы при производстве микросхем памяти, не внося практически никаких изменений в технологический процесс, может быть реализована в конечных продуктах уже в начале 2009 года - конечно же, не без помощи именитых партнёров.

Новая технология может оказаться спасительной для стремительно растущей индустрии флэш-памяти. В течение последних лет ёмкость твердотельной памяти неуклонно увеличивалась, что вполне соответствовала известному Закону Мура, согласно которому число транзисторов в микросхеме удваивается через каждые два года. При этом из-за используемых материалов, а также их физических свойств до сих пор размеры отдельных ячеек памяти в чипах флэш-памяти увеличивались лишь по горизонтали, а не по вертикали. В Nanosys нашли способ избавиться от этих ограничений.

"В результате мы получили кристалл, который выглядит как пучок небоскрёбов", - рассказывает директор по развитию рынка продуктов на базе энергонезависимой памяти Nanosys Дональд Барнетсон. Эти "небоскрёбы" электрически взаимодействуют друг с другом в произвольном порядке, что снижает надёжность микросхемы. Ячейки флэш-памяти удерживают электроны, которые выступают в роли хранителей битов данных, на крохотном участке кремния - в так называемом плавающем затворе. Затвор окружён толстым слоем диэлектрика, препятствующего утечке электронов. Однако при уменьшении ячеек они начинают электрически взаимодействовать. Инженеры Nanosys, по словам Барнетсона, заменили плавающий затвор нанокристаллами, что позволило, с одной стороны, радикально уменьшить объём диэлектрика, необходимого для надёжной изоляции, а с другой - снизить высоту ячеек, и тем самым, уменьшить интерференцию.

Идея использовать нанокристаллы в флэш-памяти не нова. К примеру, исследователи из университетов Техаса, Висконсина и Корнельского университета разрабатывают миниатюрные частицы для этого типа памяти, а компания Freescale Semiconductor из Остина, штат Техас, планирует производить микросхемы с полупроводниковыми нанокристаллами. Однако до сих пор никто не приступал к серийному производству флэш-памяти с металлическими нанокристаллами.

По словам Барнетсона, металлические нанокристаллы способны удерживать больший заряд в ячейке памяти, чем кремниевые нанокристаллы. Кроме того, для записи и стирания данных во флэш-память с металлическими частицами необходимо пониженное напряжение, что позволит экономить электроэнергию. Наконец, что важнее всего, в отличие от полупроводниковой флэш-памяти, количество циклов записи и стирания памяти с металлическими нанокристаллами практически неограниченно.

Профессор Корнельского университета Эдвин Кан отмечает, что инженерам Nanosys удалось решить труднейшую задачу создания технологии памяти с использованием металлических нанокристаллов. Принципиальная проблема, препятствующая внедрению этой технологии в производство, заключалась в том, как поместить в полупроводниковую пластину нанокристаллы высокой плотности и стандартных размеров.

Инженеры Nanosys выращивают нанокристаллы в растворе, а химический состав этого раствора позволяет задавать размеры кристаллов. После формирования нанокристаллов в раствор добавляются другие вещества, благодаря которым на частицах вырастают особые молекулы. Эти молекулы, называемые лигандами, заставляют нанокристаллы держаться друг от друга на определённом расстоянии. Наконец, жидкость с нанокристаллами, напоминающая чернила, выливается на кремниевые пластины, которые в дальнейшем и станут микросхемами флэш-памяти.

Первое и самое очевидное достоинство разработки Nanosys - возможность создания флэш-памяти гораздо большей ёмкости при неизменных размерах микросхем, Иными словами, в MP3-плеер тех же размеров поместится вдвое больше музыки, а на такую же по габаритам флэш-карту уместится значительно больше снимков. Второе важное достоинство - значительно меньшее энергопотребление флэш-памяти на базе металлических нанокристаллов, чем у традиционной флэш-памяти. Тем самым флэш-накопители становятся ещё более очевидной альтернативой жёстким дискам в компьютерах и портативной технике. И, наконец, третье достоинство - почти неограниченное число циклов стирания и записи, что делает флэш-память практически вечной.