Китайские учёные создали память толщиной в атом, интегрируемую прямо на кристалл процессора

Производители процессоров научились интегрировать микросхемы памяти на одну подложку с вычислительными блоками, а иногда даже и на кристалл с ними, но передовые разработки в этой сфере подразумевают использование тончайшего слоя памяти типа NOR, который может накладываться на обычную интегральную кремниевую микросхему.

Выдержками из публикации Nature делится ресурс Tom’s Hardware, рассказывая об успехах представителей Фуданьского университета в Шанхае. Разработанная ими технология ATOM2CHIP подразумевает нанесение сверхтонкого слоя из сульфида молибдена поверх обычного кремниевого кристалла с КМОП-структурами, выполненного по 130-нм технологии. Гибридный чип сочетает стандартный КМОП-контроллер с тончайшей 2D-плёнкой, выступающей в роли памяти типа NOR.

Важно, что технология обеспечивает уровень выхода годных изделий в 94,34 %, что вполне позволяет применять её в массовом производстве. Рабочая частота чипа может достигать 5 МГц. Такие решения отличаются более низким энергопотреблением по сравнению с существующими кремниевыми ячейками памяти. Каждый бит потребляет не более 0,644 пикоджоулей энергии. На запись и стирание данных в ячейку тратится не более 20 наносекунд. При этом ресурс записи превышает 100 000 циклов, а гарантированно хранить данные можно на протяжении десяти лет.

Учёным пришлось при разработке технологии решать проблему сопряжения разнородных поверхностей. Даже после полировки кремниевые кристаллы, на которые наносятся плёночные покрытия, имеют на микроскопическом уровне неровный рельеф и выступающие грани, которые способны повреждать сопрягаемый материал. Разработчикам ATOM2CHIP удалось предусмотреть вариант соединения покрытия с кремниевым основанием, при котором оно как бы «плавает» над основанием, не разрушаясь. Одновременно технология упаковки позволяет защитить покрытие от воздействия высоких температур и электростатического поражения.

Для соединения кристалла контроллера и покрытия на логическом уровне был разработан новый интерфейс, который позволяет им обмениваться данными напрямую, обеспечивать произвольный доступ и 32-разрядный параллелизм. Это делает данную технологию пригодной для создания полноценных чипов с интегрированной памятью. Массовое применение подобных технологий начнётся лишь через несколько лет, но указанные разработки являются важной вехой на пути их внедрения.