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美科學(xué)家開(kāi)發(fā)出寬度5納米憶阻器

發(fā)布時(shí)間:2010-09-06

產(chǎn)品特性:

  • 更小更強(qiáng)大
  • “記憶”通過(guò)的電荷

應(yīng)用范圍:

  • 存儲(chǔ)器件

上世紀(jì)60年代,英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了著名的摩爾定律:集成電路上可容納的晶體管數(shù)目,約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍,性能也將提升一倍。然而,芯片的進(jìn)一步小型化遇到越來(lái)越多的技術(shù)局限。在傳統(tǒng)硅芯片技術(shù)上所能取得的進(jìn)步受到物理法則和資金的限制也越來(lái)越嚴(yán)重,有人以為看到了集成電路技術(shù)的天花板,于是便開(kāi)始輕狂地對(duì)摩爾大叔說(shuō)三道四。

然而,據(jù)美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》8月30日?qǐng)?bào)道,美國(guó)萊斯大學(xué)和惠普公司的科學(xué)家報(bào)告稱(chēng),他們?cè)趹涀杵鞯难兄粕先〉昧诵碌倪M(jìn)展,掃清了橫亙?cè)谟?jì)算機(jī)存儲(chǔ)器微型化道路上的一些障礙,讓計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器可以繼續(xù)朝著微型化的方向一路小跑,續(xù)寫(xiě)摩爾定律的同時(shí)也有望給消費(fèi)電子領(lǐng)域帶來(lái)重大革新。

憶阻器:更小更強(qiáng)大

憶阻器又名記憶電阻,是一種被動(dòng)電子元件,憶阻器被認(rèn)為是電路的第四種基本元件,僅次于電阻器、電容器及電感元件。憶阻器在關(guān)掉電源后,仍能''''記憶''''通過(guò)的電荷。兩組憶阻器能產(chǎn)生與晶體管相同的功能,但更為細(xì)小。2008年,惠普實(shí)驗(yàn)組的組長(zhǎng)斯坦·威廉姆斯宣布,他們制造出了第一個(gè)憶阻器。

美國(guó)萊斯大學(xué)的研究人員在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)最新出版的《納米快報(bào)》雜志上指出,他們已經(jīng)成功地制造出了可靠的小型數(shù)字開(kāi)關(guān)——憶阻器(memristor),其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)制造方法制造出的規(guī)模,其寬度僅為5納米。而在2005年,英特爾公司總裁克瑞格·貝瑞特在英特爾信息技術(shù)峰會(huì)上曾表示,傳統(tǒng)工藝''''設(shè)想達(dá)到的極限''''是5納米,超越這個(gè)極限,將遭遇電流泄漏等難題。

更重要的是,這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步使用了二氧化硅(二氧化硅是芯片工業(yè)的基石)而不是其他新型材料,因此,也為其進(jìn)一步商業(yè)化鋪平了道路。萊斯大學(xué)的科學(xué)家表示,位于德州的新興公司PrivaTran已經(jīng)使用這項(xiàng)技術(shù)制造出了實(shí)驗(yàn)性的芯片,這些芯片能夠存儲(chǔ)和檢索信息。

這些芯片現(xiàn)在僅僅能夠存儲(chǔ)1000個(gè)字節(jié),但是,如果新技術(shù)達(dá)到其投資者的預(yù)期,擁有同現(xiàn)在最大容量的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)容量能力的芯片有望于5年內(nèi)問(wèn)世。

雖然早在2008年,惠普公司就宣布已經(jīng)研發(fā)出了憶阻器,但是,其大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)還是一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)樾酒O(shè)計(jì)公司在其現(xiàn)有電路上的投資已經(jīng)十分龐大,生產(chǎn)基于憶阻器的開(kāi)發(fā)工具和設(shè)計(jì)將花費(fèi)更多,因?yàn)檎麄€(gè)架構(gòu)都必須重新考慮。因此,憶阻器技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展速度,既是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,也是一個(gè)商業(yè)問(wèn)題。

不過(guò),惠普公司今天宣布,它將同一家主要的半導(dǎo)體制造商開(kāi)展商業(yè)合作,研發(fā)憶阻器相關(guān)的技術(shù)并進(jìn)行商業(yè)化的生產(chǎn),在未來(lái)10年讓芯片的存儲(chǔ)密度達(dá)到非常高的高度。

幾年來(lái),惠普公司一直宣稱(chēng),其憶阻器能夠同傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器技術(shù)進(jìn)行PK,而該公司最新公布的技術(shù)讓其底氣更足?;萜照J(rèn)為,它可以設(shè)計(jì)出一個(gè)可以與閃存競(jìng)爭(zhēng)的憶阻器設(shè)備,在2013年前將存儲(chǔ)密度提高達(dá)到20GB/平方英寸,達(dá)到閃存的兩倍。

計(jì)算機(jī)及消費(fèi)電子方面的顧問(wèn)公司EnvisioneeringGroup的總裁理查德·多歌提表示:''''如果人們能夠真正實(shí)現(xiàn)這樣的技術(shù),在一塊芯片上就可以存儲(chǔ)幾百部電影。這些成就具有非常重要的意義,他們可以證明摩爾定律仍然行之有效。''''

相變存儲(chǔ)器:續(xù)寫(xiě)摩爾定律

在芯片的研發(fā)上,除了繼續(xù)走小型化的路線外,其他公司也另辟蹊徑,研發(fā)其他富有競(jìng)爭(zhēng)力的存儲(chǔ)技術(shù)。

比如,IBM公司和英特爾公司正在殫精竭慮研發(fā)的相變存儲(chǔ)器(PCM)即為其一。相變存儲(chǔ)器(PCM)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的內(nèi)存技術(shù),其具有非易失性的性能,不同于閃存,PCM可以以更小的尺寸來(lái)制作。

PCM使用具有獨(dú)特行為的硫化玻璃,當(dāng)給予其特定的熱能,可以使它在晶態(tài)和非晶態(tài)之間切換,PCM就是利用硫化玻璃在晶態(tài)和非晶態(tài)之間巨大的導(dǎo)電性差異來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

這些公司認(rèn)為,相變存儲(chǔ)器是最富有前景的技術(shù)之一,是未來(lái)的發(fā)展方向,其具有高存取速度、高容量、非易失性、工藝簡(jiǎn)單和多值化前景好等主要優(yōu)勢(shì),將逐步取代閃存、磁盤(pán)等。

英特爾院士兼記憶體技術(shù)開(kāi)發(fā)總監(jiān)艾爾·法齊奧表示,PCM將續(xù)寫(xiě)摩爾定律的神話(huà),但同時(shí)也還面臨著一些問(wèn)題。目前PCM的最大問(wèn)題是成本和容量。PCM需要使用加熱電阻來(lái)使相變材料發(fā)生相變,工藝越先進(jìn),單元越精細(xì),對(duì)加熱元件的控制要求也越高,發(fā)熱帶來(lái)的影響也越大,發(fā)熱和較大的耗電量可能會(huì)限制PCM的進(jìn)一步發(fā)展。

三維芯片:未來(lái)任重而道遠(yuǎn)

也有公司將目光投向了三維芯片,也就是將晶體管采用一定的方式疊加在一起以增加存儲(chǔ)密度。

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,2007年,IBM宣布在制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了一種突破性的芯片堆疊技術(shù),此舉為制造三維芯片掃清了障礙。這種被稱(chēng)為''''穿透硅通道(through-siliconvias)''''的技術(shù)可以大大縮小不同芯片組件之間的距離,從而設(shè)計(jì)出速度更快、體積更小和能耗更低的系統(tǒng)。

IBM的這項(xiàng)突破實(shí)現(xiàn)了從二維芯片設(shè)計(jì)到三維芯片堆疊的轉(zhuǎn)變,將傳統(tǒng)上并排安裝在硅圓片上的芯片和內(nèi)存設(shè)備以堆疊的方式相互疊加在一起,最終實(shí)現(xiàn)了一種緊湊的組件層狀結(jié)構(gòu),大大減小了芯片的體積,并提高了數(shù)據(jù)在芯片上各個(gè)功能區(qū)之間的傳輸速度。

另外,芯片制造商們也研發(fā)出了很多方式,讓單個(gè)芯片來(lái)存儲(chǔ)更多的信息。但是,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看,這些方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

盡管萊斯大學(xué)和惠普力推的憶阻器技術(shù)被認(rèn)為是芯片工業(yè)殺出的一匹''''黑馬'''',但是,萊斯大學(xué)的研究人員表示,他們將繼續(xù)推進(jìn)其研發(fā)工作,消除別人的懷疑,因?yàn)闃I(yè)界人士一直認(rèn)為二氧化硅是絕緣體,無(wú)法應(yīng)用在芯片上。萊斯大學(xué)的納米技術(shù)專(zhuān)家吉姆·圖爾表示,半導(dǎo)體工業(yè)需要嚴(yán)肅對(duì)待最新的研究。

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