Mysterieuze RRAM blijkt efficiënter dan verwacht
Enkele jaren geleden werd resistive random-access memory (RRAM) uitgevonden door ingenieurs van Stanford. Het geheugen is gebaseerd op een nieuwe semiconductor, waardoor het in staat is om dingen te doen die onmogelijk zijn met siliconen chips. Zo kan je de RAM onder andere bovenop transistors stapelen, zodat een driedimensionale chip wordt gevormd.
Mysterie
Zoals wel vaker het geval is bij nieuwe uitvindingen begrepen de wetenschappers initieel niet hoe het geheugen tot in de puntjes werkte. Een nieuwe doorbraak in hun onderzoek brengt de ingenieurs een stapje dichter bij het volledig begrijpen van RRAM en het commercieel beschikbaar maken van de technologie.
De semiconductormaterialen waaruit RRAM bestaat, zijn isolatoren. In rusttoestand zal er hierdoor geen stroom vloeien door het materiaal, wat overeenkomt met een digitale nul. Door een elektrisch veld aan te brengen op de RRAM wordt er echter een weg gevormd waardoor elektronen kunnen vloeien. Deze weg wordt het filament genoemd. Door wederom een elektrisch veld aan te leggen, wordt het filament weer afgebroken.
Temperatuur
Elektriciteit is echter niet de enige kracht die RRAM aandrijft. Wanneer je elektronen laat vloeien door een materiaal zal de temperatuur stijgen. In het geval van RRAM is het de stijging in temperatuur die veroorzaakt wordt door de aangelegde spanning die ervoor zorgt dat de filamenten worden gevormd of afgebroken. Op het moment van de ontdekking van RRAM was het echter niet duidelijk welke temperatuur nodig is om tussen een nul en een te kunnen wisselen.
“Om onze vraag te kunnen beantwoorden, moeten we de effecten van spanning en temperatuur op filamentvorming ontkoppelen,” legt Ziwen Wang van Stanford uit. De RRAM-chip moet met andere woorden worden verwarmd zonder dat hierbij spanning aan te pas komt. De ingenieurs van Stanford gebruikten daarom een micro thermal stage, dat in essentie een geavanceerde warmteplaat is die een groot bereik aan temperaturen binnen materialen kan veroorzaken.
Efficiënt
Initieel dachten de wetenschappers dat een erg hoge temperatuur noodzakelijk is om de filamenten te kunnen vormen en afbreken. Om deze reden testten ze temperaturen uit gaande van 26,7 graden Celsius tot maar liefst 626,7 graden Celsius. Verrassend genoeg bleek de chip het best te werken tussen 26,7 en 126,7 graden Celsius, wat RRAM een stuk efficiënter maakt dan wetenschappers initieel vermoedden.
Dit wil zeggen dat een relatief klein elektrisch veld moet worden opgewekt om RRAM te doen functioneren. “Nu kunnen we spanning en temperatuur als inputs gebruiken op een voorspelbare manier. Hierdoor zijn we in staat om een beter geheugentoestel te ontwerpen,” besluit Wang.
Enkele jaren geleden werd resistive random-access memory (RRAM) uitgevonden door ingenieurs van Stanford. Het geheugen is gebaseerd op een nieuwe semiconductor, waardoor het in staat is om dingen te doen die onmogelijk zijn met siliconen chips. Zo kan je de RAM onder andere bovenop transistors stapelen, zodat een driedimensionale chip wordt gevormd.
Mysterie
Zoals wel vaker het geval is bij nieuwe uitvindingen begrepen de wetenschappers initieel niet hoe het geheugen tot in de puntjes werkte. Een nieuwe doorbraak in hun onderzoek brengt de ingenieurs een stapje dichter bij het volledig begrijpen van RRAM en het commercieel beschikbaar maken van de technologie.
De semiconductormaterialen waaruit RRAM bestaat, zijn isolatoren. In rusttoestand zal er hierdoor geen stroom vloeien door het materiaal, wat overeenkomt met een digitale nul. Door een elektrisch veld aan te brengen op de RRAM wordt er echter een weg gevormd waardoor elektronen kunnen vloeien. Deze weg wordt het filament genoemd. Door wederom een elektrisch veld aan te leggen, wordt het filament weer afgebroken.
Temperatuur
Elektriciteit is echter niet de enige kracht die RRAM aandrijft. Wanneer je elektronen laat vloeien door een materiaal zal de temperatuur stijgen. In het geval van RRAM is het de stijging in temperatuur die veroorzaakt wordt door de aangelegde spanning die ervoor zorgt dat de filamenten worden gevormd of afgebroken. Op het moment van de ontdekking van RRAM was het echter niet duidelijk welke temperatuur nodig is om tussen een nul en een te kunnen wisselen.
“Om onze vraag te kunnen beantwoorden, moeten we de effecten van spanning en temperatuur op filamentvorming ontkoppelen,” legt Ziwen Wang van Stanford uit. De RRAM-chip moet met andere woorden worden verwarmd zonder dat hierbij spanning aan te pas komt. De ingenieurs van Stanford gebruikten daarom een micro thermal stage, dat in essentie een geavanceerde warmteplaat is die een groot bereik aan temperaturen binnen materialen kan veroorzaken.
Efficiënt
Initieel dachten de wetenschappers dat een erg hoge temperatuur noodzakelijk is om de filamenten te kunnen vormen en afbreken. Om deze reden testten ze temperaturen uit gaande van 26,7 graden Celsius tot maar liefst 626,7 graden Celsius. Verrassend genoeg bleek de chip het best te werken tussen 26,7 en 126,7 graden Celsius, wat RRAM een stuk efficiënter maakt dan wetenschappers initieel vermoedden.
Dit wil zeggen dat een relatief klein elektrisch veld moet worden opgewekt om RRAM te doen functioneren. “Nu kunnen we spanning en temperatuur als inputs gebruiken op een voorspelbare manier. Hierdoor zijn we in staat om een beter geheugentoestel te ontwerpen,” besluit Wang.
