HP propt geheugenbits op de vierkante micron

Stampen De geheugens worden gemaakt op een manier die veel weg heeft van het ‘stampen’ van CD’s. Williams legt uit: “We maken eerst een masker, bestaande uit een zeer klein patroon van elkaar kruisende draadjes. Hiervoor wordt elektro-lithografie gebruikt. Aanvankelijk hebben we overwogen om de geheugens ook met deze techniek in massa te produceren. Elektro-lithografie is echter een zeer langdurig proces, dus dat lukt niet. De truc zit hem in het eenmalig maken van het rasterpatroon, om dat vervolgens te gebruiken als een stempel. Daarmee kunnen wel grote aantallen geheugens worden gemaakt.” De uiteindelijke versie zal nog een stuk kleiner zijn dan het proefmodel dat HP nu heeft gefabriceerd. In het proefmodel zitten de draadjes, die een doorsnee hebben van 40 nanometer, op een afstand van 120 nanometer van elkaar. Het team van Williams streeft naar een draaddikte van 10 nanometer met een onderlinge tussenruimte van 30 nanometer. “Met alleen de draadjes ben je er nog niet, er moet ook nog een geheugenelement aan worden toegevoegd, dat je via de draadjes kunt adresseren”, zegt Yong Chen, de geestelijk vader van de nieuwe techniek en tevens de ontvanger van het patent. “We gebruiken een onderlaag met daarop een dun laagje van een organische verbinding. Daar bovenop komt het dambordpatroon van de draadjes”, aldus Chen. Lange moleculen Er worden speciale polymeren (verbindingen die bestaan uit lange molecuulketens) toegepast. Deze stoffen kreeg het team van professor Stoddard J. Fraser van de universiteit van Californië in Los Angeles. De organische verbinding kan door het aanleggen van een spanning in twee aparte toestanden worden gezet. “Een positieve spanning van ongeveer 1 volt is voldoende om de moleculen in de ene stand te zetten. Een negatieve spanning van 1V keert de zaak om. Het verschil tussen beide standen is de weerstand van het materiaal. Het scheelt daarbij een factor 10.000 en dat is zeer riant. Het betekent dat we makkelijk een logische ‘0’ van een ‘1’ kunnen onderscheiden. De stand blijft intact, ook als we de spanning wegnemen. Het geheugen is dus niet-vluchtig. Een experiment heeft aangetoond dat de informatie in het geheugen lang bewaard blijft. Na vier maanden konden we geen verschil meten met de situatie aan het begin van het experiment. Dat vonden we erg bemoedigend”, zegt Williams. Dergelijke geheugens zullen niet direct worden gebruikt als bouwsteen voor een pc. De onderzoekers denken eerder aan modules voor draagbare apparatuur, zoals bijvoorbeeld camera’s en telefoons. Williams: “De kunst wordt nu, om het prototype uit te breiden tot een veel groter geheugen. Je zou dan een gigantisch dambordpatroon kunnen maken, maar de kans dat een enkel klein foutje de hele schakeling onbruikbaar maakt, is te groot. We mikken nu op een complex, dat bestaat uit een groot aantal wat kleinere geheugens, vastgezet op hetzelfde substraat. Via software kun je defecte onderdelen uitsluiten, net zoals nu gebeurt bij harde schijven.” De bouwblokken krijgen een capaciteit van 16 kilobit. De ontwikkeling van zo’n geheugenmodule vindt trouwens plaats in het kader van een wedstrijd die is uitgeschreven door het Amerikaanse ministerie van Defensie, de zogeheten Darpa Challenge. Meer projecten HP is niet de eerste die een geheugen op nanoschaal heeft gemaakt. IBM presenteerde medio dit jaar een soort microponskaart, een plastic plaatje ter grootte van een postzegel waarop door het inbranden van putjes 1 terabit kan worden opgeslagen. Ook IBM heeft dit onderdeel vooral gemaakt voor opslag van gegevens in draagbare apparatuur. IBM rekent, net als HP, op een benodigde periode van minimaal vijf jaar voordat de techniek tot een werkend product zal zijn omgevormd. De opslagmodule van IBM bevat enkele bewegende delen, namelijk het lees/schrijf-element dat er nog het meeste uitziet als de kam van een speeldoos. De geheugens van HP zijn volkomen onbeweeglijk. De selectie van de gewenste geheugencellen gebeurt langs elektronische weg.