石墨烯闪存突破硅基极限

　　美国加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的研究人员和电脑内存最大制造商之一三星公司的研究人员，创造了一种新的闪存，使用石墨烯也就是原子厚的纯碳，与硅一起存储信息。

　　结合使用石墨烯，有助于延长闪存技术在未来几年的生存能力，使未来的便携式电子设备可以存储更多数据。

　　芯片制造商把越来越多的数据量存储在相同的物理区域，这就需要尽可能地缩小存储单元，以存储单个字节。在今天的闪存驱动器内，这些单元都是纳米级的“浮栅”（floating gate）晶体管。例如，近年来已经看到，闪存单元迅速小型化，使iPhone 4可存储iPhone 3两倍的数据。但是，低于一定的单元尺寸，硅就变得不太稳定，这有可能阻碍小型化的步伐。

　　石墨烯为基础的技术，就像加州大学洛杉矶分校研究小组和三星公司展示的那种，可以让闪存继续缩小。这个小组的原型设备已有网上介绍，就在美国化学学会（ACS）《纳米》（Nano）杂志上。

　　“我们不是完全取代硅，只是用石墨烯作为存储层，”奥古斯丁•黄（Augustin Hong）说，他曾在加州大学洛杉矶分校研究这种设备，现在是IBM沃森研究中心（Watson Research Center）的研究员：“我们正在使用石墨烯，有助于扩展传统技术的性能。”

　　石墨烯闪存原型可以读取和写入，耗电少于传统闪存，随着时间的推移，它们存储数据更稳定，即使小型化时也是这样。加州大学洛杉矶分校的研究人员也证明，它们符合设计数据保留10年的行业标准，今天的闪存也做得到，但未来的版本可能做不到。最重要的是，石墨烯存储单元彼此之间没有电干扰，电干扰是传统闪存单元的问题，当它们制作得更小时，就会导致故障。

　　其他研究人员正在研究全新型计算机内存，有望存储更多的数据。然而，许多这些替代品需要特殊材料和全新的制造工艺。在闪存单元中，用硅取代石墨烯，可以提供更简单、更实用的解决方案，至少在短期内是这样。

　　石墨烯闪存单元性能更好，是因为这种材料不同寻常的化学结构和电气性能，王康（Kang Wang）说，他是加州大学洛杉矶分校电气工程教授，领导这项工作。硅基闪存的部分问题是，当存储单元变得更小时，相对于电路的其余部分，晶体管门就必须更厚，以容纳足够的电荷，这些厚电门单元往往会干扰它们的邻居。因为石墨烯制成的电门是超薄的，王康说，所以，它们不互相干扰。石墨烯容纳的电荷也远远超过硅，而且不会泄漏电荷，这是另一个问题，是在传统闪存单元小型化时的问题。

　　到目前为止，研究人员已经制备的石墨烯闪存单元是比较大的，是在十微米的级别。但是，石墨烯与硅不同，没有已知的物理性质，会导致器件小型化时性能下降。“他们的模拟结果表明，石墨烯设备的尺度可以缩小到大约十纳米，”巴巴罗斯•欧兹尔马兹（Barbaros Özyilmaz）说，他是新加坡国立大学物理学助理教授，没有参与这项研究。在约22纳米以下，传统闪存预计会变得不稳定。

　　王康说，研究人员目前正在制造更小的石墨烯单元进行测试。他的研究小组与三星的研究人员合作搞这一项目，而且在与迈克隆公司（Micron）商谈商业化。

　　“一个问题是何时开始把石墨烯放在商业加工线上，”他说。半导体制造是一种控制极好的工艺，单原子尺度的缺陷可以把高性能芯片变成垃圾，因此，引入一种新材料，需要大量的时间和谨慎。

　　王康说，从理论上讲，应该不难把石墨烯添加到芯片上，因为这种材料是相对稳定的，而且可在晶片上培育，使用的工艺已经常见于芯片制造工厂。