Innovation
Minns varenda elektron
Elektronik som hanterar enstaka laddningsbärare, istället för gigantiska floder med elektroner, har varit fysikernas dröm i många år. De pytte-små, jättesnabba och energisnåla en-elektronkretsarna skulle kunna användas i datorer vars prestanda får dagens datamaskiner att verka minst sagt fjuttiga.
Men hittills har det bara varit en dröm, trots att en rad försök har gjorts i laboratorier över hela världen. Det svåra är att tillverka de nanometersmå strukturerna av supraledande material.
Kazuo Yano och hans kollegor vid japanska Hitachi tycks nu ha kommit en bra bit på vägen mot en fungerande, billig enelektronkomponent som passar för serietillverkning. Den första fungerande prototypen av ett enelektronminne som rymmer 128 megabit har redan sett dagens ljus.
Tillverkningstekniken bygger på traditionell halvledarteknik med kisel och kiseldioxid. Eftersom de japanska forskarna har valt en välkänd teknik har de sparat många års arbete. Hjärtat i minnet är en tre nanometer tjock film av polykisel som fungerar som en enelektrontransistor.
- Vi ville visa att enelektroncellerna kunde göras mindre än motsvarande flashminnen och DRAM, säger Kazuo Yano.
Mycket grundläggande arbete har redan gjorts på enelektronminnen. Och en hel del forskning pågår alltjämnt. Men Hitachi-forskarna valde att gå mer handgripligt tillväga och tillverkade en höggradigt integrerad krets som var anpassad för tillverkning. Då skulle man avslöja de verkliga problemen, hoppades man.
En av hörnstenarna i minnet är att den tunna filmen av polykisel består av en mängd kiselkorn med olika storlek. Korn med en viss storlek leder elektronerna lätt förbi, medan korn av annan storlek laddar upp med inkommande elektroner. En sådan elektronsamling fungerar likt en elektrostatisk propp som hindrar den svaga strömmen. Fenomenet kallas "coulumbblockad" och är av grundläggande vikt för minnets funktion; finns det en elektron i kornet så blir det stopp på strömmen, utan elektron flyter strömmen obehindrat förbi.
Tyvärr är det svårt att exakt styra storleken på kornen. Därmed skiljer sig egenskaperna hos de olika minnescellerna mycket åt. Ibland kan det räcka med en elektron för att stoppa strömmen, ibland kan det krävas många.
Japanerna har löst problemet med en logisk krets som läser av om den inmatade informationen har "fastnat" i minnet. Om inte, så matas en ny elektron in till dess minnescellen kommer ihåg ordentligt. I prototypminnet krävs i genomsnitt fem elektroner i varje cell för att kretsen inte ska glömma bort någon databit. Det ska jämföras med tiotusentals elektroner som utgör en bit i dagens flashminnen och DRAM.
Tyvärr har Hitachis minne en allvarligare brist; den tre nanometer tunna kiselfilmen leder inte särskilt mycket ström, vilket gör minnet ytterst långsamt. Det tar ungefär hund-ra mikrosekunder att skriva in en databit i en minnescell.
Men hittills har det bara varit en dröm, trots att en rad försök har gjorts i laboratorier över hela världen. Det svåra är att tillverka de nanometersmå strukturerna av supraledande material.
Kazuo Yano och hans kollegor vid japanska Hitachi tycks nu ha kommit en bra bit på vägen mot en fungerande, billig enelektronkomponent som passar för serietillverkning. Den första fungerande prototypen av ett enelektronminne som rymmer 128 megabit har redan sett dagens ljus.
Tillverkningstekniken bygger på traditionell halvledarteknik med kisel och kiseldioxid. Eftersom de japanska forskarna har valt en välkänd teknik har de sparat många års arbete. Hjärtat i minnet är en tre nanometer tjock film av polykisel som fungerar som en enelektrontransistor.
- Vi ville visa att enelektroncellerna kunde göras mindre än motsvarande flashminnen och DRAM, säger Kazuo Yano.
Mycket grundläggande arbete har redan gjorts på enelektronminnen. Och en hel del forskning pågår alltjämnt. Men Hitachi-forskarna valde att gå mer handgripligt tillväga och tillverkade en höggradigt integrerad krets som var anpassad för tillverkning. Då skulle man avslöja de verkliga problemen, hoppades man.
En av hörnstenarna i minnet är att den tunna filmen av polykisel består av en mängd kiselkorn med olika storlek. Korn med en viss storlek leder elektronerna lätt förbi, medan korn av annan storlek laddar upp med inkommande elektroner. En sådan elektronsamling fungerar likt en elektrostatisk propp som hindrar den svaga strömmen. Fenomenet kallas "coulumbblockad" och är av grundläggande vikt för minnets funktion; finns det en elektron i kornet så blir det stopp på strömmen, utan elektron flyter strömmen obehindrat förbi.
Tyvärr är det svårt att exakt styra storleken på kornen. Därmed skiljer sig egenskaperna hos de olika minnescellerna mycket åt. Ibland kan det räcka med en elektron för att stoppa strömmen, ibland kan det krävas många.
Japanerna har löst problemet med en logisk krets som läser av om den inmatade informationen har "fastnat" i minnet. Om inte, så matas en ny elektron in till dess minnescellen kommer ihåg ordentligt. I prototypminnet krävs i genomsnitt fem elektroner i varje cell för att kretsen inte ska glömma bort någon databit. Det ska jämföras med tiotusentals elektroner som utgör en bit i dagens flashminnen och DRAM.
Tyvärr har Hitachis minne en allvarligare brist; den tre nanometer tunna kiselfilmen leder inte särskilt mycket ström, vilket gör minnet ytterst långsamt. Det tar ungefär hund-ra mikrosekunder att skriva in en databit i en minnescell.
