Bộ nhớ Flash sẽ tiếp tục được thu nhỏ

Các nhà sản xuất chip ngày càng tăng số lượng dữ liệu trong cùng một khu vực vật lý bằng cách thu nhỏ các tử tế bào bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các bit cá nhân. Bên trong ổ đĩa flash ngày nay, những tế bào là những bóng bán dẫn "floating gate" (cổng nổi) có kích thước nano. Những năm gần đây, các tế bào flash đã được thu nhỏ nhanh chóng. Điều này cho phép các thiết bị, ví dụ như iPhone 4 có thể lưu trữ dữ liệu gấp đôi so với iPhone 3. Tuy nhiên, bên dưới một kích thước tế bào nhất định, silicon trở nên kém ổn định hơn, và điều này có tiềm năng để ngăn chặn sự thu nhỏ.

Công nghệ dựa trên Graphene như thế này đã chứng minh rằng nhóm nghiên cứu UCLA và Samsung có thể làm cho bộ nhớ flash tiếp tục thu nhỏ. Các thiết bị nguyên mẫu của nhóm nghiên cứu được mô tả trực tuyến trên các tạp chí ACS Nano."Chúng tôi không hoàn toàn thay thế silicon mà chỉ sử dụng graphene như là một lớp lưu trữ", ông Augustin Hong, người đã làm việc trên các thiết bị tại UCLA và bây giờ là một cán bộ nghiên cứu viên tại Trung tâm Nghiên cứu Watson của IBM. "Chúng tôi đang sử dụng graphene để giúp mở rộng khả năng của công nghệ thông thường."

Các nguyên mẫu bộ nhớ flash graphene có thể được đọc và viết mà sử dụng ít năng lượng hơn so với bộ nhớ flash thông thường, và chúng có thể lưu trữ dữ liệu ổn định hơn theo thời gian, ngay cả khi thu nhỏ. Các nhà nghiên cứu UCLA cũng đã chứng minh rằng chúng có thể đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp của việc duy trì dữ liệu trong 10 năm. Đây là việc mà bộ nhớ flash ngày nay cũng có thể làm được nhưng các phiên bản tương lai có thể không. Quan trọng nhất là các tế bào của bộ nhớ graphene không gây trở ngại cho các tế bào khác - một vấn đề của các tế bào flash thông thường - vì chúng được làm nhỏ gọn hơn nên không thể gây ra trục trặc.

Các nhà nghiên cứu khác đang làm việc trên các loại bộ nhớ máy tính mới cũng hứa hẹn có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn. Tuy nhiên, những lựa chọn này đòi hỏi những nguyên liệu kỳ lạ và quy trình sản xuất hoàn toàn mới. Việc thay thế silicon bằng graphene trong các tế bào bộ nhớ flash có thể cung cấp một giải pháp đơn giản và thực tế hơn, ít nhất là trong ngắn hạn.

Các tế bào của bộ nhớ flash Graphene thực hiện tốt hơn bởi vì cấu trúc hóa học không bình thường và tính chất điện của nguyên liệu, ông Kang Wang, giáo sư kỹ thuật điện tại UCLA, người đứng đầu công trình nghiên cứu cho biết. Có một vấn đề với flash dựa trên silicon là tế bào của bộ nhớ nhỏ hơn, cổng bóng bán dẫn phải được dày hơn so với phần còn lại của mạch điện để lưu trữ đầy đủ điện tích, và các tế bào có cổng dày này có xu hướng gây trở ngại cho các tế bào xung quanh. Wang nói rằng vì các cổng được làm từ graphene siêu mỏng nên chúng không ảnh hưởng đến nhau. Graphene cũng có thể chứa nhiều điện tích nhiều hơn silicon mà không bị rò rỉ ra ngoài - một vấn đề khác của flash thông thường - vì các tế bào được thu nhỏ.

Cho đến nay, các tế bào của bộ nhớ Flash graphene mà các nhà nghiên cứu đã thực hiện là tương đối lớn. Tuy nhiên, không giống như silicon, graphene không có tính chất vật lý có thể gây ra một sự sụt giảm trong hoạt động vì các thiết bị thu nhỏ. Kết quả mô phỏng của họ cho thấy các thiết bị được chế tạo từ graphene có thể được thu nhỏ xuống khoảng mười nano mét", Barbaros Özyilmaz, trợ lý giáo sư vật lý tại Đại học Quốc gia Singapore, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết.

Wang cho biết các nhà nghiên cứu đang xây dựng các tế bào graphene nhỏ hơn để thử nghiệm. Nhóm của ông đã hợp tác với các nhà nghiên cứu của Samsung và đang nói chuyện với Micron về thương mại hóa."Câu hỏi được đặt ra là khi nào có thể bắt đầu việc đưa graphene vào một dòng quá trình thương mại", Wang nói. Việc sản xuất chất bán dẫn là một quy trình được giám sát cực kỳ tốt. Wang nói rằng về mặt lý thuyết, cũng không quá khó để thêm graphene vào các con chip, vì nguyên liệu này là tương đối ổn định và có thể được phát triển trên các tấm wafer vốn được sử dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất chip.

Thùy Linh