粉体圈首页     您好,欢迎来到粉体圈网络!
个人注册   企业注册   登录   找回密码   进入供求市场
粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。 粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。
当前位置:粉体圈首页>粉体技术>粉体应用技术>正文
碳纳米管在新型存储器件中的应用
2015年06月09日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:3847
0

碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成,因此按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳米管(或称单层碳纳米管)和多壁碳纳米管(或多层碳纳米管)。与多壁管相比,单壁管直径大小的分布范围小,缺陷少,具有更高的均匀一致性。自碳纳米管材料被发现开始,就展现出多种优异性能,可应用于许多高端领域。

1、由于碳纳米管具有优良的电学和力学性能,被认为是在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力。

2、碳纳米管具有优异的导电性能和良好的机械性能,碳纳米管是电子元器件领域所需的理想材料。

3、碳纳米管储氢是具有很大发展潜力的应用领域之一。室温常压,下约三分之二的氢能从碳纳米管释放出来,而且可被反复使用。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于储氢气存储,对电动汽车的发展具有非常重要的意义。

 

本文将主要介绍碳纳米管在电子存储器领域的开发应用情况。

 

碳纳米管原子结构示意图

 

目前,存储器技术主要分为以下三个种类:1、动态随机存取存储器DRam(价格低廉速度稍慢)2、静态随机存取存储器SRam(高速存储器)3、闪存。DRam和SRam都需要外部供电来保存数据。而闪存不需要供电即可保存数据,且不易丢失,但是读写速度要比DRam低。 随着网络技术的进步,人类生活越来越离不开各类多媒体电子产品。手机、电脑存储了高清的图片、视频等电子文档。面对动辄几个甚至十几个GB大小的文件,当前通用的存储器件已经显现疲态。开发能够满足不断增加的在微小空间存储信息需求的存储器格式变得尤为迫切。

 

一、用碳纳米管制造存储器的机理

 

英国诺丁汉大学化学学院进行了“纳米数据存储设备”项目的研究。研究人员发现了可以使用性能独特的碳纳米管来制造低成本、体积小的存储器元件。这些原件耗电量极低,但能以高速记录信息。研究人员发现发现,如果一根碳纳米管位于另一根稍微大一点的碳纳米管之中,那么由于静电、范德华力和毛细力的作用,内部管就会随着外部管“流动”。当电流通过碳纳米管的时候就会使内部管被推着在外部管中进出。这种压缩动作可以使内部管与电极连接或断开,从而最终产生使用二进制编码保存信息所需的“1”或“0”状态。研究人员指出,当电源被切断时,控制着分子间吸引力的范德华力会使内部管与电极相接,这样存储器存储的信息不会丢失,这一点与闪存相似。

 

电子产业一直在寻找替代以硅材料为基础的、用于存储数据和制造计算机存储器的技术。现有的技术,如磁性硬盘,在亚微米尺度范围内使用时是不可靠的,而且很快就会达到它们的基础物理限制。碳纳米管研究项目将开发存储信息的新设备,这些设备完全以碳纳米管制成,不但具有动态存储器的速度和低廉价格,而且具有闪存的不易丢失性。

 

二、碳纳米管存储器性能优势及开发进展

 

当前,碳纳米管存储器的研究已经取得突破性进展。2015年美国马萨诸塞州Nantero公司新研制出一种可以用100多亿个碳纳米管进行信息存储的计算机存储器,理论上它可以进行10GB数据的处理。Nantero将下一代基于碳纳米管的储存器命名为非易失性随机访问存储器(NRAM)。Nantero公司的执行总裁GregSchmergel称,碳纳米管随机存取存储器(NRAM)能更好地控制数据,使数据运算变得安全稳定。即使计算机电源被切断,NRAM存储器的数据也不会丢失。同时,该存储器可以很快地导入数据并进行运算。从纳米管技术目前的开发和应用可以看出,NRAM存储器要比当前静态随机存取存储器SRam要快。有关分析家预测,Nantero公司开始使用纳米管生产集成芯片,只是碳电子技术应用的开端。纳米管随机存取存储器(NRAM)的记忆存储能力在18个月内会以0.4GB的速度发展。

 

根据公布的数据新型碳纳米管存储器具有如下几点性能优势:

1. 读取速度和DRAM一样快,比闪存快了近100倍,但是功耗很低。  

2. 耐用性强、数据存储可靠性强。 

3. 切换时间快,媲美任何DRAM。 

4. 尺寸比闪存小,单个存储单元可低至5nm。

 

将这些性能组合在一起,证明NRAM完全能够替代目前通用的几种存储器。同时对比于传统存储器,NRAM也没有其他成本的增加。制造传统存储器,需要很多的掩膜和复杂的步骤。而在做NRAM的时候,只需要一层碳纳米管来存储数据,用一个低成本的原料替代高价货。到目前为止,Nantero已产出成千上万个芯片,NRAM芯片的生产线已经布设在7个工厂中。

 

这场关于存储的竞赛已处于最后阶段。惠普的忆阻器,Crossbar的RRAM,Nantero公司的NRAM,都是技术上的领先者。不管最终结局如何,碳纳米管的各项优异性能决定了它在未来新材料领域必将占据一席之地。

 

(粉体圈 作者:梧桐)


相关内容:
0
 

点击加入粉体技术交流群粉体技术群
返回页顶