Silicon Taiga: Новый тип флэш-памяти на основе компонентов одноатомной толщины

Ученые из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), объединив два материала с уникальными электрическими характеристиками, графен и молибденит, создали опытные образцы ячеек флэш-памяти, которые демонстрируют многообещающие характеристики с точки зрения эффективности работы, размера, гибкости и потребления энергии. На основе молибденита ученые уже создали чипы простейших логических микросхем, а создание на основе этого материала флэш-памяти является большим шагом на пути продвижения этого материала в область практической электроники. Данное достижение является еще более внушительным благодаря тому, что ученые из Лаборатории нанометровых структур и электроники (Laboratory of Nanometer Electronics and Structures, LANES) реализовали действительно оригинальную идею, совместив полупроводниковые свойства молибденита с высокой электропроводностью и другими уникальными свойствами графена.

Около двух лет назад команда ученых лаборатории LANES продемонстрировала всему миру уникальные свойства молибденита (MoS2), материала естественного происхождения, которого находится достаточно много в природе. Спустя несколько месяцев эти же ученые создали первый логический чип, ключевые компоненты структуры которого были изготовлены на основе молибденита. А теперь, добавив в структуру чипа графен, ученые пошли дальше, реализовав ячейки памяти, которые не только могут хранить информацию, но и делают это в отсутствие питающего напряжения. Следует заметить, что такой тип памяти широко используется практически во всех современных цифровых устройствах, таких как камеры, мобильные телефоны, планшетные и портативные компьютеры.

У молибденита и графена имеются очень много общих свойств, но имеются и коренные различия. Ожидается, что комбинация свойств этих материалов позволит преодолеть физические ограничения, с которыми сталкиваются разработчики традиционных кремниевых чипов. Двумерная пространственная структура кристаллической решетки этих материалов дает им огромный потенциал в области миниатюризации электронных устройств, придания им механической гибкости и пластичности.

Ячейка флэш-памяти

Как известно графен обладает превосходными токопроводящими свойствами, у молибденита нет такого свойства, но есть некоторые замечательные полупроводниковые свойства. Химическое соединение MoS2, благодаря его уникальной кристаллической структуре, находится в идеальной энергетической группе, что позволяет переключать его состояния из активного в неактивное с совсем небольшими затратами энергии. Совместное использование этих двух материалов позволяет объединить их уникальные свойства и получить электронные устройства, обладающие превосходными характеристиками.

Опытный образец транзистора, разработанный учеными LANES, который является основой ячейки флэш-памяти, построен почти по типовой структуре классического полевого транзистора. Но в середине этого транзистора, вместо толстого слоя кремния находится тонкий слой молибденита, нижние же электроды, передающие заряд на молибденитовый слой, сделаны из графена. И венчает этот "бутерброд" элемент, составленный из нескольких слоев графена, который позволяет накапливать электрический заряд и хранить данные в отсутствие напряжения питания. "Объединение двух материалов с уникальными свойствами позволило нам добиться значительных успехов в деле миниатюризации электронных приборов. Используя такой же подход, мы можем сделать гибкие наноэлектронные устройства" - рассказывает Андраш Кис (Andras Kis), директор лаборатории LANES.

Созданный опытный образец флэш-памяти пока еще имеет очень маленький объем. Но исследователи считают, что замечательные свойства такой памяти, как малогабаритность и низкое энергопотребление, обусловят быстрое появление на рынке микросхем памяти, изготовленных по молибденит-графеновой технологии.