Booten in nul seconden met ferro-elektrische chip

Een team onderzoekers van diverse Amerikaanse universiteiten en bedrijven als Motorola en Intel heeft twee moeilijk te combineren materialen samengekregen. Daarmee zijn ferro-elektrische transistors mogelijk voor bijvoorbeeld geheugenchips die dan data behouden zonder stroom. Ook is er veel minder stroom nodig om dergelijke transistors aan en uit te schakelen. Dat betekent energiezuinigere of ook snellers chips.

De onderzoekers publiceerden onlangs een artikel (betaalde toegang) in Science. Ook het nationale Amerikaanse wetenschapsfonds NSF bericht over de 'revolutionaire' methode om het reguliere halfgeleidermateriaal silicium te voorzien van een laag speciaal materiaal (strained strontium titanate). Die toevoeging heeft normaal gesproken geen ferro-elektrische eigenschappen, maar het gecombineerde resultaat krijgt die wel, schrijven de wetenschappers.

Niet langer wachten

"Als ferro-elektrische transistors echt te maken zijn, dan zijn die direct aan en uit te zetten. Geen reboot nodig, geen 30 seconden wachttijd, niets daarvan. Voor gebruikers is een pc dan meteen gebruiksklaar zodra de stroom aangaat", zegt hoofdwetenschapper Darrell Schlom van het gecombineerde onderzoeksteam. Hij is professor materiaalwetenschappen aan de Cornell University.

Zijn team heeft nu de doorbraak geboekt om een ferro-elektrisch geheel te maken zonder 'lijmlaag' tussen silicium en het toegevoegde materiaal. Zo'n tussenlaag vormt namelijk een hindernis voor de gewenste eigenschappen. De afgelopen jaren is die tussenlaag weliswaar steeds dunner geworden. "Onze methode is nu de eerste zonder tussenliggende laag", stelt Schlom.

Het gebruik van silicium als ondergrond maakt het mogelijk traditionele productiemethoden en dus ook chipfabrieken te gebruiken. Aanpassingen zijn wel nodig, maar dat is beter mogelijk en veel minder kostbaar dan compleet nieuwe fabricagemethodes. Dan nog liggen daadwerkelijke chips en gebruik daarvan in pc's nog diverse jaren in de toekomst.

Beperkt gebruik

Ferro-elektrische halfgeleiders bestaan al wel, maar zijn moeilijk te produceren. Geheugenchips met dergelijke halfgeleidende componenten zijn ooit commercieel ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf Ramtron. Die heeft in 1988 al een fram-prototype getoond. Fram is in gebruik voor de opslag van data op creditcards en ov-chipkaarten. Dit type geheugen is beperkt in gebruik doordat het aanzienlijk duurder is dan gewoon geheugen.

Reguliere geheugenchips verliezen echter hun lading (de daarin opgeslagen informatie) als de stroom eraf gaat. Een meer gelijkwaardig fram-alternatief is flash-geheugen, dat weer flink langzamer is. Dat type geheugenchip is tegenwoordig massaal in gebruik voor mediaspelers, digitale camera's en andere consumentenelektronica. Flash-opslag (solid state drives, ofwel ssd's) als harddiskvervanger begint de laatste tijd aan te slaan.