Các chip nhớ flash sẽ sớm được thay thế bởi memristor
Ra đời từ thập kỷ 80, các chip nhớ flash đã trở nên phổ biến với sự bùng nổ của thị trường các thiết bị di động như usb, điện thoại, máy đọc sách tablet, máy nghe nhạc... Mặc dù công nghệ này vẫn liên tục được cải tiến giúp tạo ra những sản phẩm ngày càng nhỏ gọn, với dung lượng lưu trữ lớn và giá thành thấp, nhưng nó cũng đang tiến tới những giới hạn nhất định. Do vậy người ta cần tìm một phương thức khác để thay thế. Nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học tới từ Đại học bang Oregon (OSU Hoa Kỳ) đã tạo ra một thế hệ thiết bị lưu trữ mới giúp giải quyết vấn đề này. Điểm đặc biệt ở sản phẩm mới là nó dựa trên đặc tính của điện trở và trong suốt với ánh sáng.
Những khó khăn trong nghiên cứu chip nhớ và thiết bị bán dẫn nói chung
Như chúng ta đã biết, chip nhớ flash bao gồm loại NAND và NOR theo tên gọi của các cổng logic kỹ thuật số tương ứng trên cơ sở của đại số Boolean. Do có tốc độ đọc ghi chậm và độ bền kém hơn, các chip NOR thường được sử dụng trong các thiết bị như bộ nhớ chỉ đọc ROM. Trong khi đó, với giá thành rẻ, tốc độ ghi/xóa cùng tần suất hoạt động dài, NAND được thiết kế để trở thành các bộ phận lưu trữ dữ liệu bên cạnh các ổ đĩa quang truyền thống và tạo ra nhiều ưu thế vượt trội.
Cả hai loại chip nhớ flash đều hoạt động dựa trên các nguyên tắc vật lý của vật liệu bán dẫn. Cùng với sự phát triển của công nghệ silicon trong vài chục năm qua, các bộ nhớ này đã được cải tiến đáng kể so với thiết kế gốc. Nhờ đó, các thiết bị sử dụng càng ngày càng nhỏ hơn, mật độ lưu trữ lớn hơn và giá thành giảm liên tục so với trước đây. Tuy nhiên, công nghệ bán dẫn đang dần chạm tới những giới hạn vật lý về kích thước và tốc độ của nó nên điều này không thể diễn ra mãi. Ngay cả với một công ty đi đầu về thị trường như Intel, hãng cũng đang tiến dần tới kích cỡ nhỏ nhất mà các bóng bán dẫn transistor có thể đạt được. Đó là chưa kể trong kỹ thuật người ta phải đưa và các vật liệu bán dẫn các nguyên tố đất hiếm như indium và gallium. Ngay cả các công nghệ màn hình tiên tiến như IGZO cũng phải dùng các nguyên tố này. Không có gì phải bàn nếu như giá của đất hiếm ngày một tăng do nhu cầu lớn và sự thắt chặt nguồn cung từ Trung Quốc.
Giải pháp của các nhà khoa học tại Oregon
Để thay thế cho các transistor bán dẫn, rất nhiều nghiên cứu quan tâm tới các chip nhớ điện trở (memristor, hay resistive random access memory RRAM- bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dựa trên điện trở) từ khi nó được phát minh vào năm 1971. Về mặt kiến trúc, các chip nhớ điện trở có tốc độ ghi/xóa nhanh hơn so với chip nhớ kiểu silicon truyền thống, trong khi nó cũng giúp giảm đáng kể lượng tiêu thụ điện năng. Có rất nhiều tên tuổi lớn đã tham gia chạy đua để phát triển công nghệ này bao gồm cả HP và SK Hynix. Đáng tiếc, các kết quả họ thu được đều chưa đưa tới khả năng ứng dụng nó một cách rộng rãi vào thực tế.
Tuy nhiên, với sự ra đời của vật liệu Zinc Tin Oxide (ZTO oxít kẽm thiếc) ở Đại học Oregon, tình trạng trên đã được thay đổi đáng kể. So với vật liệu bán dẫn, ZTO có giá thành rẻ hơn nhiều và dễ chế tạo với các nguyên tố phổ biến trong tự nhiên. Hơn nữa nó có một đặc tính quang học đặc biệt là cho ánh sáng gần như truyền qua hoàn toàn. Đó là chưa kể nguyên tắc hoạt động dựa trên điện trở sẽ giải quyết những khó khăn trong vấn đề tăng tốc độ chuyển dịch điện tử (electron) để lưu trữ hay xử lý thông tin ở vật liệu silicon.
Với vật liệu ZTO, công nghệ RRAM đã có một bước tiến lớn để chuẩn bị cho quá trình sản xuất công nghiệp. Bên cạnh những ưu điểm kỹ thuật được đề cập ở trên, yếu tố kinh tế sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sự thành công của các sản phẩm thương mại. Ngoài ra, do có tính trong suốt, memristor ZTO có thể có nhiều ứng dụng rộng rãi khác như chế tạo các tấm panel cho màn hình, các tấm phim transistor siêu mỏng, điện thoại xuyên thấu ... Hãy tưởng tượng thông tin giờ có thể hiển thị trên các miếng chắn gió của ô tô hoặc bạn có thể duyệt web trên bàn cafe làm từ kính.
Được biết, công trình của các khoa học gia tại Oregon được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia và dưới sự bảo trợ của Hải quân Hoa Kỳ. Bài báo vừa được đăng tải trên tạp chí Solid-State Electronics.
Nguồn: Oregon State University