Onderzoekers ontwikkelen snel nanobuisgeheugen

Finse onderzoekers hebben geheugen ontwikkeld dat is opgebouwd uit koolstof nanobuisjes. De lees- en schrijfsnelheden van dit cnt-geheugen zijn hoog genoeg om met meer gangbare geheugentypes als nand-flash te kunnen concurreren.

De Finnen zijn niet de eerste onderzoekers die nanobuizen als geheugen weten in te zetten, maar de snelheid die zij met hun koolstof nanobuizen oftewel cnt's hebben kunnen bereiken werd nog niet eerder behaald. De field-effect-transistors die de bouwstenen van het geheugen vormen, worden gebruikt om gegevens op te slaan. Het geheugen dat door onderzoeksleidster Päivi Törmä en haar onderzoeksgroep werd ontwikkeld, vergt 100 nanosecondes om gegevens uit te lezen of weg te schrijven. Eerder ontwikkeld, uit koolstof nanobuizen opgebouwd geheugen vergde nog lees- en schrijftijden in de orde van microsecondes.

De onderzoeksgroep, verbonden aan de technische universiteit van Helsinki, bracht een 20nm dikke hafniumoxide-laag aan op een siliciumsubstraat. Die dunne laag deed dienst als isolator, terwijl het silicium de gates van de transistors vormde. De rest van de transistors werd gevormd door enkelwandige koolstof nanobuisjes met een lengte van 100nm tot 360nm en een doorsnede van 1,2nm tot 1,5nm, waarbij palladium elektrodes de sources en drains van de transistors vormden. Het geheel werd met een tweede 20nm dikke hafniumoxide-laag afgedekt.

Het door de Finse onderzoekers ontwikkelde geheugen kan gegevens een kleine twee dagen vasthouden en weet ongeveer 10.000 lees- en schrijfcycli te doorstaan. In plaats van cnt's denken de onderzoekers ook alternatieve materialen als grafeen te kunnen gebruiken.

Reacties (26)

[vgroenewold]

Als je het zo bekijkt, ziet het er supersimpel uit. En dat is dan ook vaak het mooie van dit soort nieuwe technieken. Verder is simpeler ook snel goedkoper en kan er sneller op worden geinnoveerd.

[Reactie gewijzigd door vgroenewold op 24 juli 2024 15:33]

[.oisyn]

Toch heb ik zo m'n twijfels over het nut van het geheugen:

Het door de Finse onderzoekers ontwikkelde geheugen kan gegevens een kleine twee dagen vasthouden en weet ongeveer 10.000 lees- en schrijfcycli te doorstaan

Dus het is niet geschikt voor permanente opslag (twee dagen is bij lange na niet lang genoeg), en voor werkgeheugen is het te langzaam en gaat het te snel stuk. Waar moet dit dan voor gebruikt worden?

En om de inmiddels zo ontzettend onorginele reacties maar voor te zijn, nee in de onderste zin van het artikel staat niet grafsteen maar grafeen

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 24 juli 2024 15:33]

[almightyarjen]

Het zit nog in de onderzoeksfase. Dat ze de snelheid kunnen halen is een goed begin. De volgende stap is de duurzaamheid verbeteren.

20 jaar geleden had een auto ook elke 10.000 km een beurt nodig. Nu is dat elke 30.000 km... Dezelfde vooruitgang zal voor dit geheugen (en bijna alle andere onderzoeken) geldig zijn... (niet letterlijk in tijd natuurlijk )

[.oisyn]

Ik snap natuurlijk dat het in de onderzoeksfase zit en dat er nog het eea verbeterd kan worden. Maar het gaat me om de marges. Je voorbeeld is wat dat betreft wel mooi gekozen - in die 20 jaar kunnen we 3x zo ver rijden voordat onderhoud nodig is. Als je dat doortrekt tot dit artikel dan is een geschreven bit 6 dagen houdbaar, is de snelheid 33ns en kun je een bit 30.000 keer herschrijven. Sowieso maakt de beperkte levensduur al dat het niet geschikt is voor werkgeheugen, dus het moet voornamelijk gaan competen met flashgeheugen. Maar huidig flashgeheugen verliest z'n data niet (en heeft dus geen actief stroom nodig als je het niet gebruikt) en kun je rond de 1 miljoen keer herschrijven.

Maar goed, in het artikel staat verder ook niet duidelijk hoe het geheugen zich gedraagt. Bij NAND flashgeheugen is het namelijk het geval dat je individuele bits niet zomaar kunt schrijven. Eigenlijk kun je alleen van een 1 een 0 maken. Als je van een 0 naar een 1 wilt dan zul je het hele blok (meestal van een paar kilobyte) moeten resetten naar 1, om het vervolgens te herschrijven.

[Verwijderd]

Is toch 55 jaar als je elke 2 dagen het geheugen zal refreshen.

[DarkTemple]

Is het huidige werkgeheugen sneller dan?

[Verwijderd]

nou, voor ze met DDR gingen gooien werden de bitjes met 133 Mhz door het geheugen gepropt. mag jij uitrekenen hoveel seconden zo'n buisje het vol zou houden als er elke kloktik een lees/schrijf cyclus plaats vond en hoe lang het duur per kloktik

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 15:33]

[.oisyn]

Da's natuurlijk niet een heel eerlijke vergelijking, je kunt de pipeline gewoon heel lang maken. Dan kun je nog steeds met 133MHz bitjes lezen of schrijven, maar duurt het ondertussen wel 100ns voordat een bit daadwerkelijk gelezen of geschreven is nadat je het commando gegeven hebt. Overigens is schrijvenook niet zo belangrijk, dat is in principe fire-and-forget. Bij het lezen daarentegen wil je dat de data zo snel mogelijk op de bus gezet wordt na een lees-commando.

Desalniettemin is SDRAM geheugen idd behoorlijk wat sneller. Een goede indicatie is de CAS latency. Voor CL4 ram op 400MHz is dat slechts 10ns.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 24 juli 2024 15:33]

[RalphM.]

Ik denk dat het niet eens zo simpel is op dat formaat iets te maken. Een nanotube "wand" is slechts een enkele of een paar atomen dik. Probeer dan maar eens nette laagjes te fabriceren.

[DuckieD]

Deze CNT's zijn zoals in het artikel staat enkelwandig, dat betekent dat ze 1 atoom dik zijn. Het zijn in principe opgerolde laagjes grafeen, het spul wat in je potlood zit.
Het mooie van CNT's is dat ze erg makkelijk te maken zijn. Het probleem is alleen nog het op de juiste plaats krijgen van de tubes, dat vergt namelijk wel een uitermate hoge precisie.

[Xorsist]

Sorrie Duckie maar in een potlood zit grafiet zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Potlood

Grafeen is een speciale vorm van koorstof welke niet vergelijkbaar is zie http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene

[robvanwijk]

Verder is simpeler ook snel goedkoper

Tenzij je exotische materialen nodig hebt zoals hafnium en palladium...
Het is natuurlijk nog even de vraag hoe cruciaal het gebruik van precies die materialen is, maar ik neem aan dat ze niet voor niks gebruikt zijn.

[ZenTex]

En natuurlijk nog het bericht van een paar maanden geleden:

http://tweakers.net/nieuw...er-sneller-dan-flash.html

Nanodraden ipv buisjes, en een bewaarperiode van 100.000 jaar. Theoretisch dan.
Echter nanobuis technologie voor geheugen word al minimaal 5 jaar aan gewerkt en zal dus veel eerder op de markt verschijnen. Het lijkt mij dat de buismethode al bijna productierijp is. geef het 1, max 2 jaar voodat het een waardig en betaalbaar alternatief is.

[Prut]

Ik heb van de zomer weer een aantal colleges over nanobuisjes en grafeen gehad en de docenten waren vrij pessimistisch over de praktische toepassingen in dit soort systemen. Ten eerste heb je controle nodig over de electrische eigenschappen van die buisjes, welke door de diameter bepaald worden (de diameter bepaald hoe ze gerold zijn als het ware). Die controle is er nog niet en ook het scheiden is bijzonder lastig. De enige controle die er nu is, is dat men vrij goed enkelwandige buisjes kan maken, maar daar houdt het voorlopig nog even op. Daarnaast zou je ze ook op grote schaal nauwkeurig in bepaalde patronen willen hebben liggen, wat ook niet eenvoudig is. Ik heb een collega die koolstof buisjes kruislings over elkaar heen probeert te groeien. In de praktijk is dat een kwestie van veel experimenten doen en dan in de electronenmicroscoop die chips afzoeken naar een gelukt exemplaar. Niet echt een process dat geschikt is om op te schalen.
Ik denk dat massaproductie van dit soort producten nog een flink aantal jaar op zich zal laten wachten, als het uberhaupt ooit op de markt komt.

[Reactie gewijzigd door Prut op 24 juli 2024 15:33]

[Sten Vollebregt]

Ik doe momenteel mijn afstudeer onderzoek over carbon nanotubes voor elektronische toepassingen en de toekomst is toch wat rooskleuriger dan jij hier schetst.

De techniek die de Finnen hebben gebruikt is waarschijnlijk het strooien van wat CNTs op een wafer en dan maar hopen dat er een paar goed liggen. Met vloeistof kan dit een beetje gestuurd worden, maar het is nog veel geluk. Horizontale groei op een substraat staat nog in de kinderschoenen.

Echter verticale groei is al veel beter ontwikkeld. Zowel enkel als meerlaags CNTs zijn relatief eenvoudig te maken, en de diameter is prima te beheersen. De chiraliteit (draaiing) helaas nog niet, en dat zal ook nog wel even op zich laten wachten. Echter voor de toepassing van nanotubes als verticale interconnects en field emitters voor displays is controle over de chiraliteit van minder groot belang.

Grafeen is een ander verhaal, dat spul is nauwelijks te produceren. Een 'populaire' methode is om een stuk grafiet (hetzelfde als in een potlood zit) te pakken en met plakband laagje voor laagje wat grafeen (grafiet is gestapeld grafeen) proberen te winnen...

[Prut]

Ik ben het met je eens dat toepassingen als field emitters en connectors wel behoorlijk dichtbij zijn. Ik weet eigenlijk niet of er al producten op de markt zijn, ik heb volgens mij wel prototypes voorbij zien komen tijdens presentaties. Maar als het om transistors en dergelijke gaat, zie ik het voorlopig niet gebeuren.

Diameter en chiraliteit zijn aan elkaar gerelateerd, dus je kunt niet de een wel onder controle hebben en de ander niet. Al hangt het er uiteraard vanaf hoe nauw je controle over de diameter neemt. Ik doelde dan ook met mijn opmerking over de diameter en electrische eigenschappen op de chiraliteit, maar ik had iets specifieker moeten zijn.

[Sten Vollebregt]

Zover ik weet zijn er nog geen producten, maar wel al redelijk wat demonstratie modellen gemaakt door universiteiten en sommige bedrijven.

Met diameter controle bedoel ik dat deze redelijk goed te controleren is qua afmeting. Je kan bijvoorbeeld best goed buisjes maken met een diameter rond, zeg, 5 nanometer. Echter aangezien er heel veel chiraliteit indices zo'n diameter kunnen geven heb je daar weinig controle over. Dit betekent dat 2/3 van de buisjes halfgeleider en 1/3 metaal eigenschappen heeft. In het geval van grote diameters en kamertemperatuur worden de buisjes allemaal metal-achtig, aangezien dan de bandgap kleiner wordt.

Transistors en dergelijke zie ik inderdaad ook niet zo snel toepasbaar worden, behalve als ze het kanaal verticaal maken. Echter dan is het maken van de buisjes misschien makkelijker, maar het plaatsen van de elektrodes weer een grote uitdaging.

[Rob Coops]

Hoe zit dat nu eigenlijk, hoe krijg je een nano buisje nu op die positie waar je het hebben wil, het is niet als of je zo'n buis even over je schouder gooit en een nm veder op weer neer legt. Ik heb het idee dat je zo iets niet gewoon even op pakt met wat voor apparaat dan ook. Als je nuttig gegeugen wilt maken moet je toch vele miljoenen van dit soot buisjes op een voor af bepaalde plek neer leggen en je wilt zo iets op een zo'n klein mogenlijke ruimte doen omdat je dan minder materiaal nodig hebt en dus meer kunt verdienen door dat je lagere kosten hebt etc.

Hoe dan ook leuk dat het net zo snel is als het huidige geheugen maar niet echt interesant nog, het wordt pas echt leuk als het flink wat sneller kan worden of heel veel goedkoper dan het huidige geheugen. Op dit moment is het leuk voor onderzoekers en zo maar heeft zlefs het bedrijfs leven er nog niet heel veel an anders dan dat ze mischien wat patenten kunnen verwerven door deze onderzoekers voor hun te laten werken. Voor de consument is het totaal niet van belang voor je zo iets ook echt op de markt ziet ben je zo maar een jaar of vijf tot tien verder.

[Admiral Freebee]

Het is net wel interessant in de zin dat dit soort onderzoek nieuwe inzichten kan opleveren en tot nieuwe, wel nuttige, technologieën kan leiden. Niet elk idee hoeft uiteindelijk gerealiseerd te worden maar men moet er zich wel mee bezig houden of het is gedaan met de vooruitgang.

[Verwijderd]

10.000 keer schrijven, das is een pc ongeveer 1 seconde ;-)

[Verwijderd]

Het is ook geen harddisk maar je moet het zien als een flashkaartje. Die kunnen ook max 100.000 keer geschreven worden alleen gaat dit veeeeeeeel sneller. Nog even door onderzoeken na ze kunnen het beter vasthouden. 10.000 x schrijven vind ik meer dan zat want je heb ook apparaten die alleen lezen nodig hebben.

[Noxious]

Als ik het artikel goed begrijp is dit geheugen helemaal niet zo razendsnel?
Heb je daar een bron voor?

[Verwijderd]

Das wel goed dit, als ze dit een stuk doorontwikkelen hebben we superklein geheugen/ hoge datadichtheid, en hopelijk die niet na 2 dagen weg is.

[shadow_tj]

als dit kan concureren met nand-flash,,, dan kan je het dus ook gebruiken voor goedkope ssd

[gunnie_nl]

die carbon nano tubes zijn ook echt overal handig voor.

hier gebruiken ze in verf ^^, en daar in elektronica.

[Verwijderd]

Waarom zou je dit willen gebruiken? Flash en DRAM geheugen kan toch ook op deze maten gemaakt worden? Wat is het voordeel van de nano buisjes? Nadelen zie ik genoeg.