Flashgeheugen kan weer even mee

Herbert Blankesteijn

Bijna had Beet dezer dagen meegedeeld dat het er somber uitzag voor flashgeheugens, die onder andere worden toegepast in geheugenkaarten voor digitale camera's. Die zouden niet meer kleiner kunnen van omvang, en dus niet meer groter qua opslagruimte, zo zong het rond op internet. Maar zoals zo vaak wanneer een techniek wordt doodverklaard, vindt een revolutie plaats wanneer die het meest nodig is. Motorola heeft een truc gevonden om het leven van flash (niet te verwarren met de gelijknamige techniek van Macromedia voor animaties op webpagina's) te rekken.

Flashgeheugen zit in de SmartMedia- en CompactFlash-kaartjes voor camera's en zakcomputers, en daarnaast in de bios-chip die in elke pc het opstarten bestuurt, in creditcardformaat geheugenkaarten voor notebooks, en in pen- of sleutelvormige usb-geheugens die in iedere pc passen. In deze verschijningsvormen is flashgeheugen gebonden aan een vast formaat. Willen fabrikanten jaarlijks grotere geheugens maken, dan moet de inhoud worden samengeperst.

De grens voor flash leek in zicht. De basiscel van flashgeheugen is een oxydelaagje tussen twee transistors, de floating gate en de control gate. Zit er geen electrische lading in dat oxidelaagje dan kan er een stroom lopen van floating gate naar control gate; dat geldt als een 1. Is er wel lading in het oxydelaagje dan blokkeert die de stroom; dat is een 0. Flashgeheugen kan de lading in de oxidelaag, en dus de informatie, tien jaar vasthouden zonder stroombron. Dit in tegenstelling tot 'gewoon' computergeheugen, dat zijn inhoud verliest als de stroom uitvalt.

Voor die duurzaamheid moet het geheel van floating gate, control gate en oxydelaagje goed geïsoleerd zijn. Daarvoor zorgt een isolatielaag van siliciumdioxyde; die moet wel een minimale dikte hebben. 90 nanometer is de huidige standaard. De consensus in de industrie is, dat dat niet veel dunner kan. Dunnere isolatie zou leiden tot weglekken van de lading, dus van de informatie. Schrijven in het geheugen gaat met stroomstoten van rond 10 Volt; bij dunnere isolatie zou deze naburige cellen kunnen beïnvloeden.

Motorola zegt nu dat de isolatie van siliciumdioxyde vervangen kan worden door een veel dunnere van nanokristallen silicium. Deze nanokristallen zijn bolletjes met een dikte van ongeveer 5 nm - een tienduizendste van de dikte van een haar. Het is geen solide laag. De structuur is als die van rijp na een vorstnacht. Hoewel silicium een geleider is, zal een laagje van deze bolletjes geen lading doorlaten, omdat materie in deze vorm en op deze schaal zich anders gedraagt. Het maakt zelfs niet zoveel uit of er bolletjes ontbreken in de structuur. Motorola heeft prototypes gedemonstreerd van chips van 4 megabit, en van een proefoplage van 33 stuks waren er 30 gelukt. Dat is uitzonderlijk voor een experimentele chip.

Door deze vondst kan op allerlei punten winst worden geboekt. In de eerste plaats kunnen er meer chips uit een siliciumwafel. Dat drukt de kosten. Het fabricageproces wordt ook eenvoudiger. Verder kan met het verkleinen van de structuren ook de werkspanning in de chip omlaag, wat de energieconsumptie vermindert. Dat vergroot de levensduur van de batterijen in de apparaten die zulk flashgeheugen gebruiken.

Het nieuwe geheugen zal niet meteen in de winkel liggen. Dat gebeurt niet voor 2005. En dan zal het nadeel blijken dat elke nieuwe techniek aankleeft: het zal aanvankelijk duur zijn. Beet zet intussen niet al zijn geld op de nanokristallen. Elk zichzelf respecterend chipbedrijf experimenteert met nieuwe soorten geheugens. Intel met Ovonics Unified Memory, Texas Instruments met FeRAM, opnieuw Motorola met SONOS, AMD en Matrix met PFRAM, en een aantal andere bedrijven met een techniek die MRAM heet.

Over deze alternatieven meer in toekomstige afleveringen van Beet.