About / Advertise
Minneskort till digitalkameror första kommersiella användningen av minneskretsar i 3D
Att förbättra integrerade kretsar handlar oftast om att krympa ytan som en krets upptar. Men det finns en annan möjlighet också, nämligen att bygga på höjden.Amerikanska Matrix Semiconductor säger sig vara först med minneskretsar som utnyttjar den tredje dimensionen.
- Forskarna har tittat på tekniken sedan tidigt på 1970-talet, men såvitt jag vet har ingen annan tagit den till kommersiell produktion, säger Christopher Moore som är applikationsingenjör på Matrix Semiconductor.Att förbättra integrerade kretsar handlar oftast om att krympa ytan som en krets upptar. Men det finns en annan möjlighet också, nämligen att bygga på höjden.Amerikanska Matrix Semiconductor säger sig vara först med minneskretsar som utnyttjar den tredje dimensionen.
- Genombrottet kom när vi lyckades tillverka kretsar i flera lager i vanlig CMOS och i en standardprocess. Ur tillverkningssynpunkt är det ingen som helst ny teknik i våra kretsar.
Matrix tillverkar engångsskrivbara minnen i flera lager hos kiselsmedjan TSMC i Taiwan. De är tänkta att ersätta flashminnen i till exempel digitala kameror, men de kommer inte att säljas under eget varumärke. Istället vill Matrix låta konsumentelektronikföretagen licensiera tekniken. Först ut är Thomson Multimedia, som tänker lansera minneskort under 2002.
- Det är våra kunder som sätter priset, inte vi, men målet är att komma ner till ett pris per bild som är jämförbart med en 35-millimeters filmrulle, säger Matrix marknadschef Melissa Selcher.
Lång hållbarhet
Minnena ska också behålla data i 100 år, jämfört med flash som i allmänhet lovar tio års hållbarhet.
- När man skriver i en cell förändras materialet fysiskt, det är det som ger den långa hållbarheten. Det har dessutom fördelen att du slipper oroa dig för flygplatsernas röntgenapparater, säger Melissa Melcher.
Matrix bygger upp sina minneskretsar lager för lager i en CMOS-process. Flera lager finns det andra kretsar som har, processorer till exempel, men då innehåller de övre lagren bara ledare. Alla aktiva element ligger i bottenlagret. I Matrix fall består samtliga lager av transistorer och dioder.
Det är framför allt två tekniska framsteg som företaget håller fram som svar på frågan hur man kunde lyckas med något som gäckat forskarna så länge.
Det första är CMP, eller kemisk-mekanisk polering, en process som IBM uppfann i slutet av 1980-talet. Problemet är att ett rent kiselsubstrat är plant, medan ett där man har lagt på ett lager halvledare eller metalledningar är gropigt. Groparna gör det svårare att passa in nästa lager med tillräcklig precision. Med CMP kan man polera ner nivåskillnaderna till 50 nanometer, vilket enligt Matrix är tillräckligt plant.
Ett värre problem är att bara det understa kiselsubstratet är homogent kristalliserat. Kisel som läggs på i tillverkningsprocessen blir polykristallint, vilket gör att det innehåller många små kristallöar. Normalt sett blir öarna alltför många och framför allt alltför små för att låta sig organiseras i minnesceller. Här kom räddningen från tillverkarna av LCD-skärmar, som har utvecklat konsten att lägga tunnfilmstransistorer på en glasyta. Med deras teknik blir kristallöarna omkring 1 μm i diameter, vilket är tillräckligt för att rymma ett antal minnesceller.
Ingen värmeutveckling
Värmeutveckling är i princip ett problem när man packar komponenter tätt och i flera lager, men enligt Christopher Moore blir det i praktiken inga sådana problem i minneskorten. Inte heller prestanda ställer till det, tunnfilmstransistorer blir visserligen omkring 50 procent långsammare än monokristallina kiselkomponenter, men det räcker ändå till.
Gränsen sätts för närvarande, enligt Matrix egna vitpapper, av hur stor del av kretsytan som kan utnyttjas. I skarvarna mellan kristallöarna uppstår oregelbundenheter som gör att minnesceller i det området kan bli obrukbara, och styrlogiken måste upptäcka detta och koppla bort sådana celler. Hur stor del av ytan det handlar om vill dock inte Christopher Moore uppge.
Minnen är relativt enkla kretsar, och därför lämpliga för att testa nya idéer. Matrix Semiconductor hoppas kunna tillverka även mer komplicerade saker, även mikroprocessorer, i tredimensionell teknik. Men det är en fråga för framtiden.
- Tekniken skulle kunna användas i många tillämpningar, men just nu är företaget helt fokuserat på att få ut minneskorten på marknaden, säger Christopher Moore.
Och konsumentelektronikbranschen tycks tro på tre dimensioner. Både Sony, Kodak och Thomson Multimedia har investerat i Matrix Semiconductor, liksom för övrigt Microsoft.
Lennart Pettersson
