அதி-திறனுள்ள நினைவகத்துக்கான நீண்டகால இலக்கு
ஆராய்ச்சியாளர்கள், தகவலை ஒற்றை-எலக்ட்ரான் எல்லையில் சேமிக்கக்கூடிய ஒரு அறை வெப்பநிலை நினைவக சாதனத்தை அறிவித்துள்ளனர். இது மின்னணு சாதனங்களைச் சுருக்கி, மின்சார தேவையை குறைக்கும் முயற்சியில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாகும். Science இதழில் வெளியிடப்பட்டு, ஜூலை 29 அன்று Phys.org மூலம் சுருக்கமாக வழங்கப்பட்ட இந்த ஆய்வு, முந்தைய ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவகக் கருத்துக்களை கட்டுப்படுத்திய முக்கிய தடையை எதிர்கொள்ளும் இரு-பரிமாண, கிராஃபீன்-அடிப்படையிலான வடிவமைப்பை விவரிக்கிறது.
நவீன நினைவக சாதனங்கள் பொதுவாக ஒவ்வொரு பிட்-ஐ வரையறுக்க பல எலக்ட்ரான்களைப் பிடித்திருப்பதை சார்ந்திருக்கின்றன. கோட்பாட்டில், அந்தத் தேவையை பிட் ஒன்றுக்கு ஒரு எலக்ட்ரானாக குறைத்தால், சேமிப்பு அடர்த்தி மிகவும் அதிகரித்து, ஆற்றல் பயன்பாடு குறையலாம். ஆனால் நடைமுறையில், அந்த இலக்கை தினசரி செயல்பாட்டு நிலைகளில் நிலையானதும் அளவிடக்கூடியதும் ஆகும் வடிவில் அடைவது கடினமாக இருந்துள்ளது.
சமீபத்திய முடிவு முக்கியமானது, ஏனெனில் அந்த சாதனம் அறை வெப்பநிலையில் செயல்படுகிறது என்றும், ஒரு எலக்ட்ரான் சேர்க்கப்படும்போது அல்லது நீக்கப்படும்போது அளவிடக்கூடிய மின்சார பதிலை உருவாக்குகிறது என்றும் தெரிவிக்கப்படுகிறது. இந்த இணைப்பு இந்தத் துறைக்கு பெரிய சவாலாக இருந்துள்ளது.
ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவகத்தை உருவாக்குவது ஏன் இவ்வளவு கடினமாக உள்ளது
அடிப்படைப் பிரச்சினை மிகச் சிறிய சாதனத்தை உருவாக்குவது மட்டும் அல்ல. ஒரு செயல்படக்கூடிய ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவக கூறு, சுற்றியுள்ள மின்சார விளைவுகளில் மூழ்கிப் போகாமல், எழுதவும், படிக்கவும், சேமித்து வைக்கவும் கூடிய தனித்த நிலைகளை உருவாக்க வேண்டும். மூல உரையின்படி, சேர்க்கப்பட்ட அல்லது நீக்கப்பட்ட ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானும் ஒரு டிரான்ஸிஸ்டரின் ஸ்விட்சிங் மின்னழுத்தத்தில் படிக்கட்டு போன்ற மாற்றத்தை ஏற்படுத்த வேண்டும். ஆனால் பாரம்பரிய வடிவமைப்புகளில் அந்த படிகள் மங்கிவிடலாம், இதனால் சிக்னல் மிகவும் பலவீனமாக அல்லது நிலையற்றதாக மாறி, நம்பகமாகப் பயன்படுத்த இயலாது.
இதற்கான முக்கிய காரணம் fringe capacitance, அதாவது நினைவகப் பகுதியைச் சுற்றியுள்ள திட்டமிடப்படாத மின்சார இணைப்பு. சாதனங்கள் சிறியதாகி, சேமிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை குறையும்போது, அந்த stray capacitance ஒரு ஒற்றை எலக்ட்ரானுடன் தொடர்புடைய சிக்னலை பலவீனப்படுத்தலாம். முந்தைய முயற்சிகள் கருத்தின் சில பகுதிகளை, அறை வெப்பநிலையில் கண்டறியக்கூடிய செயல்பாட்டையும் உட்பட, காட்டியிருந்தன; ஆனால் நிலைத்தன்மை ஒரு பெரிய வரம்பாகவே இருந்தது. ஒரு முந்தைய நானோ அளவிலான polysilicon-dot வடிவமைப்பு, அறை வெப்பநிலையில் கண்டறியக்கூடிய மின்னழுத்தத்தை சில விநாடிகள் மட்டுமே வழங்கியது.
நடைமுறை நினைவகத்துக்கு அது போதுமானதல்ல. ஒரு சாதனம் பயனுள்ளதாக இருக்க, ஆய்வகத்தில் ஒரு விளைவைக் காட்டுவதற்கும் மேலாகச் செய்ய வேண்டும். சேமிக்கப்பட்ட தகவலாக செயல்பட போதுமான நேரம் நீடிக்கும், தெளிவாக வேறுபடுத்தக்கூடிய நிலைகள் அதற்கு தேவை.
புதிய வடிவமைப்பு சமன்பாட்டை எவ்வாறு மாற்றுகிறது
புதிய ஆய்வின் பின்னணியில் உள்ள குழு, capacitance பிரச்சினையை சாதனக் கட்டமைப்பு மற்றும் பொருள் தேர்வு மூலம் கையாண்டது. அறிவிக்கப்பட்ட வடிவமைப்பு, coplanar drain-channel-source அமைப்பைக் கொண்ட மிக மெல்லிய கிராஃபீன்-அடிப்படையிலான டிரான்ஸிஸ்டரை பயன்படுத்துகிறது. அணு-மட்டத்தில் மெல்லிய பொருட்கள் மற்றும் edge contacts பயன்பாடு இந்தக் கோரிக்கையின் மையமாக உள்ளது: நினைவகப் பகுதிக்கு அருகில் stray capacitance-ஐ குறைப்பதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நிகழ்வுடன் தொடர்புடைய சிக்னலை வலுப்படுத்தினர்.
இந்த வடிவமைப்பு தேர்வு முக்கியமானது, ஏனெனில் இது இந்தத் துறையை கட்டுப்படுத்திய மைய பரிமாற்றத்தை கையாள்கிறது. சிறிய அமைப்புகள் மின்கட்டணத்தை மேலும் திறமையாக தனிமைப்படுத்த முடியும்; ஆனால் அவை, ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிய முயலும் மின்சார கையொப்பத்தை அழித்து விடும் parasitic விளைவுகளுக்கு மேலும் பாதிப்புக்குட்படும். இரு-பரிமாண தளம், டிரான்ஸிஸ்டர் போன்ற கட்டுப்பாட்டை இழக்காமல் அந்த parasitic தொடர்புகளை குறைக்கும் வழியை வழங்குகிறது.
சோதனைகளில், இந்த சாதனம் ஒரு எலக்ட்ரான் சேர்ப்பு அல்லது நீக்கத்தை சுமார் 0.5 வோல்ட் threshold-voltage மாற்றமாக கண்டறிந்ததாக தெரிவிக்கப்படுகிறது. இது தெளிவாகத் தோன்றும் அளவுக்கு பெரியதாகக் கூறப்படும் பதிலாகும்; இதுவே இந்த முடிவு கவனம் ஈர்ப்பதற்கான ஒரு காரணம். இந்த ஆய்வு, இந்த சாதனத்தை கோட்பாட்டுச் சுவாரசியமாக அல்ல, மாறாக அறை வெப்பநிலை நிலைகளில் மிக மெல்லிய தளத்தில் ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவக நடத்தைப் பார்க்க முடியும் என்பதை நிரூபிக்கும் நடைமுறைச் சான்றாக முன்வைக்கிறது.
இது எதிர்கால சிப்களுக்கு என்ன அர்த்தம் கொண்டிருக்கலாம்
இந்த முடிவு அளவிலாக்கப்படக்கூடியதாக நிரூபிக்கப்பட்டால், அதன் தாக்கம் குறிப்பிடத்தக்கதாக இருக்கும். நினைவகம் கணினி வன்பொருளின் அடிப்படை கட்டுப்பாடுகளில் ஒன்றாகும்; அது மொபைல் சாதனங்களிலிருந்து AI உட்கட்டமைப்புவரை அனைத்தையும் பாதிக்கிறது. பிட் ஒன்றுக்கு குறைவான எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்தும் நினைவக கூறு, கோட்பாட்டில், மின்சார நுகர்வையும் உடல் பருமனையும் ஒரே நேரத்தில் குறைக்க முடியும்.
அது தானாகவே அருகில்கால வணிகப் பொருட்களாக மாறிவிடாது. ஒரு முக்கிய இயற்பியல் கொள்கையை நிரூபிக்கும் ஆய்வக-அளவிலான சாதனம், முதன்மை அரைமின்னியல் உற்பத்தியை பாதிப்பதற்கு முன் இன்னும் பல தடைகளை கடக்க வேண்டும். அவை உற்பத்தி ஒரேமாதிரித்தன்மை, நீடித்த தன்மை, ஏற்கனவே உள்ள சிப் கட்டமைப்புகளுடன் ஒருங்கிணைப்பு, படி-எழுது நம்பகத்தன்மை, மற்றும் பெரிய அளவிலான array வடிவமைப்பு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியிருக்கலாம்.
இருப்பினும், அறை வெப்பநிலை செயல்பாடு ஒரு முக்கியமான எல்லையாகும். பல மேம்பட்ட மின்னணு விளைவுகளை கிரையோஜெனிக் வெப்பநிலைகளில் மட்டுமே எளிதாகக் காட்ட முடியும், இது நடைமுறைப் பொருத்தத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. அறை வெப்பநிலையில் இயங்கும் ஒரு சாதனம், இறுதியில் நிஜ உலக பயன்பாட்டுக்கான வேட்பாளராக உடனடியாக அதிக நம்பகத்தன்மை பெறுகிறது.
அறிவிக்கப்பட்ட threshold shift, ஒற்றை-எலக்ட்ரான் பணியை நீண்ட காலமாக குழப்பி வந்த ஒரு தெளிவின்மையை கடந்துவிட்டிருக்கலாம் என்றும் சுட்டுகிறது: அளவிடப்பட்ட விளைவு, தற்காலிகப் பரிசோதனைச் சின்னமாக இல்லாமல், உறுதியான தகவல் சேமிப்பை ஆதரிக்கத் தகுந்த அளவுக்கு தெளிவாக உள்ளதா என்பதே அது.
நெரிசலான நினைவகத் தளத்தில் இந்த முடிவு ஏன் தனித்து தெரிகிறது
நினைவக ஆராய்ச்சி மிகுந்த போட்டியுடையது; பொறியாளர்கள் பாரம்பரிய scaling-ஐத் தாண்டுவதற்கு புதிய பொருட்கள், nonvolatile கட்டமைப்புகள், மற்றும் சாதன இயற்பியலை ஆராய்கிறார்கள். அந்தச் சூழலில், ஒரு ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவக முடிவு கவனம் பெறுவது, அது ஏற்கனவே உள்ள flash அல்லது DRAM-ஐ மாற்றத் தயாராக இருப்பதால் அல்ல, மாறாக துறையின் மிகவும் பேராசையுள்ள வரம்புகளில் ஒன்றை வலுவான பரிசோதனை அடிப்படையுடன் மீண்டும் எடுத்துரைப்பதால்.
புதிய வேலை, சாதன பொறியியலில் இரு-பரிமாண பொருட்களின் அதிகரிக்கும் பங்கையும் பிரதிபலிக்கிறது. கிராஃபீன் மற்றும் தொடர்புடைய மிக மெல்லிய அமைப்புகள், அடுத்த தலைமுறை மின்னணுவியலுக்கான சாத்தியமான வழிகளாக நீண்ட காலமாக விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன; அவற்றின் வடிவவியல் அதிக நுட்பமான electrostatic control மற்றும் விசித்திரமான transport பண்புகளை வழங்கலாம். இந்த ஆய்வு அந்த நன்மைகளை ஒரு இலக்கு நோக்கில் பயன்படுத்துகிறது: வேகமான டிரான்ஸிஸ்டரை உருவாக்க அல்ல, தனித்த எலக்ட்ரானின் சிக்னலைப் பாதுகாக்க.
அந்த வேறுபாடு முக்கியமானது. இந்த சாதனை இன்றைய கணினி செயல்திறனை விட, ஒரு அறியப்பட்ட இயற்பியல் தடையைத் தாண்டும் பாதையை காட்டுவதைப் பற்றியது. உருவாகிக் கொண்டிருக்கும் வன்பொருளில், இப்படியான முன்னேற்றம் உற்பத்தி செய்யக்கூடிய தயாரிப்பு உருவாகும் முன்பே முழு ஆராய்ச்சி திசைகளையும் வடிவமைக்க முடியும்.
அடுத்து கவனிக்க வேண்டியது
அடுத்த கேள்விகள் நேரடியானவை. நடைமுறை நினைவகப் பயன்பாட்டிற்கு தேவையான அளவுக்கு நீண்ட நேரம் சாதனம் நிலைகளைப் பாதுகாக்குமா? பெரிய எண்ணிக்கையிலான சாதனங்களில் அதை ஒரே மாதிரியாக மீள உருவாக்க முடியுமா? அது அடக்க வேண்டிய parasitic விளைவுகளை மீண்டும் கொண்டு வராமல், அதே கட்டமைப்பை அதிக அடர்த்தி array-களில் ஒருங்கிணைக்க முடியுமா?
மூல உரை அந்த வணிகமயமாக்கல் கேள்விகளுக்கு பதில் அளிக்கவில்லை; தொழில்நுட்பம் பயன்பாட்டுக்கு அருகில் உள்ளது என்று கருதுவது முன்கூட்டியதாக இருக்கும். ஆனால் அறிவிக்கப்பட்ட முடிவு, துறைக்கு ஒரு வலுவான அளவுகோலை நிறுவுகிறது: தெளிவான மின்சார கையொப்பத்துடன், அறை வெப்பநிலையில் இயங்கும் ஒரு இரு-பரிமாண ஒற்றை-எலக்ட்ரான் நினைவக சாதனம்.
குறைந்த-மின்சார கணினி துறையில் பணியாற்றும் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு, இது ஒரு முக்கியமான மைல்கல். இது மின்னணுவியலின் தூய கோட்பாட்டு இலக்குகளில் ஒன்றான, பிட் ஒன்றுக்கு ஒரு எலக்ட்ரான், நெகிழ்வான ஆய்வகக் காட்சியிலிருந்து மேலும் பயன்படத்தக்க சாதனக் கருத்தாக நகரக்கூடும் என்பதைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது.
இந்த கட்டுரை Phys.org வெளியிட்ட செய்தியினை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.
Originally published on phys.org
