Самым основным элементом микросхемы памяти являются ячейки памяти. Каждая ячейка обычно хранит один бит, принимая и удерживая одно из двух возможных значений напряжения, которые соответствуют сохраненному значению «0» или «1».«Характеристики отдельной ячейки во многом определяют производительность всей микросхемы памяти.
Более простые и меньшие ячейки с высокой скоростью и низким энергопотреблением были бы идеальными для вывода высокоэффективных вычислений на новый уровень.
Исследовательская группа из Tokyo Tech под руководством профессора. Таро Хитосуги и ученица Юки Ватанабэ недавно достигли новой вехи в этой области.
Эти исследователи ранее разработали новое устройство памяти, вдохновленное конструкцией твердотельных литий-ионных батарей. Он состоял из трех твердых слоев из лития, фосфата лития и золота. Этот стек представляет собой миниатюрную батарею малой емкости, которая функционирует как ячейка памяти; его можно быстро переключать между заряженным и разряженным состояниями, которые представляют два возможных значения бит. Однако золото соединяется с литием, образуя толстый слой сплава, который увеличивает количество энергии, необходимое для переключения из одного состояния в другое.
В своем последнем исследовании исследователи создали аналогичную трехслойную ячейку памяти, используя никель вместо золота. Они ожидали лучших результатов, используя никель, потому что он не легко образует сплавы с литием, что привело бы к снижению энергопотребления при переключении. Произведенное ими устройство памяти было намного лучше предыдущего; на самом деле он может удерживать три различных состояния напряжения вместо двух, что означает, что это трехзначное запоминающее устройство. «Эту систему можно рассматривать как тонкопленочную литиевую батарею чрезвычайно малой емкости с тремя состояниями заряда», – поясняет проф. Hitosugi.
Это очень интересная функция, которая имеет потенциальные преимущества для реализации трехзначной памяти, которая может быть более эффективной по площади.
Исследователи также обнаружили, что никель образует очень тонкий слой оксида никеля между слоями Ni и фосфата лития, и этот оксидный слой необходим для низкоэнергетического переключения устройства. Оксидный слой намного тоньше, чем у сплавов золота и лития, которые были сформированы в их предыдущем устройстве, а это означает, что этот новый элемент «мини-аккумулятор» имеет очень низкую емкость и, следовательно, быстро и легко переключается между состояниями путем приложения крохотных токов. «Потенциал чрезвычайно низкого энергопотребления – самое заметное преимущество этого устройства», – отмечает проф.
Hitosugi.
Повышенная скорость, более низкое энергопотребление и меньший размер – все это очень востребованные функции в будущих устройствах памяти.
Ячейка памяти, разработанная этой исследовательской группой, является очень многообещающим шагом на пути к гораздо более энергоэффективным и быстрым вычислениям.