Sunnyvale, California (VS) – Ingenieurs van chipfabrikant AMD hebben tot hun verrassing ontdekt dat met ringvormige siliciumdraden kwantumeffecten optraden in flashgeheugens.

Bij het onderzoek naar kleinere structuren in flashgeheugens maakten onderzoekers bij AMD met een nog geen twee nanometer dikke draad van polysilicium een ring op de plaats van de floating gate. Deze constructie blijkt kwantumgedrag te vertonen.
Flashgeheugens bevinden zich in vele producten. De transistoren in deze geheugens onthouden of ze wel of niet een bit voorstellen, zelfs als ze zonder stroom zitten. Die eigenschap ontstaat door de zogenaamde floating gate. Deze 'drijvende' gate bevindt zich geïsoleerd tussen de gate-elektrode en de drain- en de source-elektrode. Via de drain-elektrode kan een elektrische stroom de floating gate opladen. De elektrische lading op de floating gate-elektrode bepaalt of de geheugencel een 0 of een 1 onthoudt.
In een nieuw transistorontwerp plaatsten de AMD-onderzoekers onder de gate-elektrode een ringvormige siliciumstructuur, en ze lieten de floating gate helemaal weg. Deze ring, met een doorsnede van hooguit vijf nanometer, is omgeven door isolerend siliciumoxide met een dikte van hooguit twee nanometer.
Geleidend silicium kan op twee manieren lading opnemen en afstaan. De eerste manier is tunnelen. Daarbij steken elektronen een barrière over. Dit is een prettige en veilige methode gezien de kwetsbaarheid van het materiaal, maar doorgaans een traag proces. De tweede manier is door een elektrische stroom, ofwel migratie van elektronen, waarbij echter temperaturen hoog kunnen oplopen. Tot hun verrassing ontdekten de AMD-onderzoekers dat als de doorsnede van de cirkelvormige nanodraden ongeveer twee nanometer was, de snelheid van het tunnelingsproces enorm toenam. Ze schatten dat de nanoring hooguit duizend elektronen kan opnemen. Deze kleine lading volstaat om de transistor te schakelen, zodat die een 0 of een 1 aangeeft. De snelste schakeltijd die ze maten bedroeg zeventig nanoseconde, veel sneller dan in conventionele flashgeheugencellen. AMD voorziet dat nog veel onderzoek nodig is, maar zegt wel mogelijkheden te zien dat de techniek leidt tot een nieuwe generatie flashgeheugens.

Erick Vermeulen