هدف فناوری‌های مولکولی قرارگرفتن به جای تراشههای حافظه امروزی می‌باشد؛ اما آیا این فناوری می‌تواند کارآیی داشته و به حد کافی هم ارزان باشد؟
هنگامی که شرکت تازه‌کار نانترو (Nantero) در اوایل سال 2003، ایدة ساخت تراشههای حافظه‌ای از جنس نانولوله‌های کربنی را مطرح کرد و به این منظور خواهان همکاری با LSI Logic شد، مقامات آن شرکت دچار شگفتی شده و با دیدة تردید به آن نگریستند. اگرچه کشف نانولوله‌های کربنی کوچک اما بسیار مقاوم، انعطاف‌پذیر و رسانا با ابعادی در حد رشته‌های DNA، هیجان فراوانی در جامعه علمی ایجاد کرده و منشأ تحقیقات زیادی بوده است اما ساخت آن در خط تولید انبوه نیمه‌رسانا امری بی‌سابقه است.
به هر حال LSI خطر همکاری با نانترو را پذیرفت و سرانجام با تلاشی دقیق و طاقت‌فرسا طی مدت بیش ازیک سال، در ماه می- اردیبهشت- اولین لایة نازک سیلیکونی دارای سلول حافظة نانولوله‌کربنی ساخته و سریعاً برای تست به آزمایشگاه فرستاده شد. در آنجا مهندسان درحالی که هنوز نسبت به کارآیی الکتریکی آن تردید داشتند، با احتیاط جریان الکتریکی خروجی از یک ردیاب خمیده (Curve tracer) را که برای بررسی سلول‌های ریز حافظه به کار می‌رفت به آن اعمال کردند و در کمال ناباوری مشاهده نمودند که اغلب این سلول‌ها به طور صحیح به کار افتادند.
موفقیت این تراشه‌ها باعث شد تا آنهایی که قبلاً در مورد عملی‌بودن ساخت و کارآمدی چنین سوئیچ‌هایی تردید داشتند، کم‌کم آن را باور کنند. البته مدتی طول خواهد کشید تا سایر بخش‌های صنعت تراشه هم آن را بپذیرند. به‌علاوه آنکه فناوری نانترو به آزمایش‌های بیشتر و تنظیم‌های دقیق‌تر نیاز دارد و مهندسان LSI تازه در ابتدای روند آزمایش و بهبود این محصول می‌باشند. به گفتة نورم‌آرمور قائم مقام رئیس و مدیر عمومی برنامه‌های فوق‌العاده LsI Gresham، در اینکه تراشههای نانولوله‌های کربنی نانترو بالاخره به تولید انبوه می‌رسند شکی نیست و هیچ مانعی در این راه مشاهده نمی‌شود.
برای نانترو که در نظر دارد اولین تراشههای حافظه نانولوله‌های کربنی را طی دو تا سه سال آینده به بازار عرضه کند، این مطلب خبری خوشایند است و همچنین ده‌ها شرکت دیگری که با انجام فرآیندهای گوناگون برای بهره‌گیری از ذرات اتمی و مولکولی سعی در تولید مواد و کالاهای جدید دارند را به ادغام فعالیت‌های نیمه‌‌رسانایی خود در فناوری نانو تشویق می‌کند. اما هنوز باید منتظر بود و دید که آیا نانترو و رقبای دیگر در این عرصه قادر خواهند بود تا تراشه‌هایی تجاری تولید کنند که با فناوری‌های موجود و یا فناوری‌های جایگزین دیگر از لحاظ هزینه برابری کرده و حتی ارزان‌تر باشد و بازار را در اختیار بگیرد.
به نظر تحلیلگران، محصول تولیدی نانترو به احتمال زیاد از لحاظ کارآیی مشکلی نخواهد داشت. اما نکتة مهم آن است که آیا قیمت آن هم در حدی خواهد بود که قابل عرضه و فروش در بازار باشد؟
حافظة مولکولی
در حال حاضر شرکت‌های متعددی مشغول توسعة تراشههای حافظه‌ای براساس نانومواد می‌باشند.
به عنوان مثال شرکت زتاکور (ZettaCore) توانسته است نظر موافق اعضای هیئت مدیره بسیاری از شرکت‌های معروف ازجمله Les Vadasz از سرمایه‌گذاران اینتل را جلب کند. به علاوه توانسته است 20 میلیون دلار از سرمایه‌گذاری‌های خطرپذیررا برای طرح استفاده از مولکول‌های آلی ریز شبه‌کلروفیلی به جای خازن‌های ذخیره بار در تراشههای حافظه از نوع DRAM و SRAM، جذ ب کند. از شرکت‌های دیگر می‌توان Nanosys را نام برد که هم‌اکنون با همکاری اینتل روی نانوبلورهایی کار می‌کنند که کاربرد آن موجب افزایش طول عمر حافظههای فلش خواهد شد.
Nanomagnetics هم به توسعة نوعی ماده مغناطیسی حافظه مشغول است که براساس پروتئین فریتین (Ferritin) ساخته شده و احتمالاً در ساخت دیسک‌درایو و تراشههای حافظه به کار خواهد رفت. شرکت الکترونیک مولکولی کالیفرنیا هم در حال ساخت نوعی سوئیچ مولکولی برای استفاده در نمایشگرها و ابزارهای حافظه می‌باشد.
از بین تمام این شرکت‌هایی که ذکر شد به نظر می‌رسد نانترو و زتاکور بیشتر به بازار نزدیک باشند. هردوی این شرکت‌ها در نظر دارند به جای آنکه خود به تولید تراشههای ابداعی‌شان بپردازند، امتیاز بهره‌برداری از فناوری آن را به سایر تولیدکنندگان تراشه بدهند. انتظار می‌رود تولید تجاری این محصولات تا سال 2006 به نتیجه برسد. نکته قابل توجه دیگر آن است که روند فعالیت و کار این دو شرکت از دید سرمایه‌گذاران خطرپذیر و ازجمله جروتسون- از مدیران شرکت DFJ (Draper Fisher Jurveston)- که در هردوی این شرکت‌ها سرمایه‌گذاری نموده است، مثبت ارزیابی می‌شود.
با این اوصاف، دیگر جای تعجب نیست اگر مشاهده کنیم که بسیاری از رقابت‌ها در عرصه تجارت متوجه بازار حافظه باشد. تولید و ساخت حافظه‌ها یکی از بزرگ‌ترین بخش‌های صنعتی می‌باشد اما با مشکلات فنی متعددی نیز مواجه است؛ مشکلاتی از قبیل نشت بار از خازن، ساختارهایی با پیچیدگی فزاینده و نیز حساسیت به خطاهای جزئی ناشی از پرتوهای کیهانی. وجود چنین مشکلاتی سبب می‌شود تا سازندگان تراشه نتوانند بیش از این ابعاد تراشههای خود را کاهش دهند.
مسائل قابل توجه دیگری که در این زمینه وجود دارد، عبارتند از تراشههای SRAM مربوط به سلول‌های بزرگ حافظه، مشکل قراردادن DRAM و حافظه فلش در کنار تراشههای منطقی و کندی زمان دسترسی به حافظه فلش و پایداری محدود آن می‌باشد.
به گفته تحلیلگران هم‌اکنون 20 فناوری جایگزین به دنبال دستیابی به بازار 48 میلیارد دلاری حافظه می‌باشند، رقمی که پیش‌بینی می‌شود تا سال 2008 به حدود 57 میلیارد دلار برسد. شرکت تحقیقات صنعتی NanoMarket در یک پیش‌بینی خوشبینانه اظهار داشته که فروش حاصل از فناوری‌های مختلف مرتبط با نانوحافظه تا سال 2008 به رقم تقریبی 15 میلیارد دلار خواهد رسید. همین رقم را تحلیلگر دیگری با دیدی بیش از حد ملاحظه‌کارانه، 4/2 میلیارد دلار پیش‌بینی کرده است. اما به عقیدة همین شخص همچنان برای هر شرکت دیگری که بخواهد به رفع محدودیت تراشههای حافظة امروزی بپردازد، زمینة فعالیت وجود دارد اما به شرط آنکه محصول تولید شده از لحاظ هزینه مقرون به صرفه باشد.
بحران احتمالی آینده
گفته می‌شود استفاده از فناوری نانو می‌تواند راهی برای پیشگیری از بحران احتمالی در آیندة صنعت نیمه‌رساناها به شمار آید. به طوری که با قانون مور، مبنی بر انتظار دو برابر شدن چگالی تراشه در هر 18 تا 24 ماه هم مطابقت داشته باشد. و اگر شرکت‌های نانترو و زتاکور کاری در این زمینه انجام ندهند صنعت نیمه‌رسانا به رکودی قابل توجه نایل می‌شود.
بنابه اظهارات استفان لایی، جانشین گروه فناوری و تولید اینتل، صنعت 15 میلیارد دلاری حافظة فلش به محدودیت‌های فناوری خود نزدیک می‌شود و احتمالاً تولید آن به نحو چشمگیری کاهش می‌یابد لذا باید خود را برای هر پیشامدی در این مورد آماده نمود، البته نمی‌توان نقش مهمی که فناوری‌های جایگزین در این‌باره خواهند داشت را نادیده گرفت. وی همچنین عقیده دارد که شرکت اینتل می‌تواند تراشه‌هایی 45 نانومتری تولید کند که نصف تراشههای 90 نانومتری امروزی هستند، اما اینکه آیا می‌توان از این هم فراتر رفت یا نه؟ مطلبی است که چندان روشن نیست.
اینتل به دنبال نسل جدیدی از حافظههای فلش با ابعاد 22 نانومتر می‌باشد که بتواند جایگزین تراشههای امروزی شود اما به عقیدة کارشناسان، این کار زودتر از سال 2012 به نتیجه نخواهد رسید. به گفتة استفان‌لایی ایجاد یک بازار مطمئن به جای حافظههای فلش پنج سال طول خواهد کشید. لذا اگر به عقب برگردیم لازم است تا در بازة زمانی 2006 تا 2007 محصولی جایگزین در بازار داشته باشیم.
با تمام این احوال برنامة فعلی اینتل برای جایگزینی حافظههای فلش براساس فناوری نانو نیست و به جای آن، این شرکت در نظر دارد از فناوری ovonic یعنی ذخیره داده‌ها روی لایه نازکی از Chalcogenide- ماده‌ای که در CDهای با قابلیت نوشتن مجدد بر روی آنها کاربرد دارد- استفاده نماید.
بسته به بار الکتریکی اعمال‌شده، نانولوله‌های کربنی به دو صورت سوئیچی خمیده و مستقیم درمی‌آیند که در حالت اول اتصال الکتریکی برقرارشده و در حالت دوم اتصال قطع می‌شود.
گفتة مسئولان اینتل آنها در این زمینه پیشرفت خوبی داشته و کاملاً مطمئن هستند که می‌توانند حافظه‌هایی را از این ماده بسازند و اگرچه در ابتدا احتمال دارد هر بیت از تراشههای ovonic دوبرابر گران‌تر از حافظههای فلش باشند اما انتظار می‌رود که این فناوری نهایتاً به تولید سلول‌های حافظة کوچک‌تری منجر شود.
دو جایگزین دیگر برای حافظههای فلش که انتظار می‌رود بعد از ده سال توسعه و کار بالاخره به بازار راه یابند عبارتند از FRAM (RAMهای فروالکتریک) و MRAM (RAMهای ضدمغناطیسی). برای اطلاعات بیشتر به شمارة اول آوریل 2003 مجلة Memory enhancement مراجعه نمایید. فروش شرکت Ramtron international از تراشههای FRAM کم‌مصرف خود 10 میلیون دلار در هر دوره سه ماهه بوده است. این تراشه‌ها قادرند بار الکتریکی را در لایه‌های نازک ترکیبات پروسکات شبه‌سرامیکی ذخیره نمایند. ضمناً شرکت Freescale Semiconductor هم در نظر دارد تا به طور آزمایشی تعداد محدودی تراشة MRAM تجاری تولید کند. این تراشه‌ها که قادرند اطلاعات را به صورت مغناطیسی ذخیره نمایند، تا اواخر سال 2004 به بازار عرضه خواهند شد.
MRAM و FRAM نیز همانند حافظههای ovonic محصولاتی نانویی به شمار نمی‌آیند اما با این وجود فناوری نانو واژه‌ای است که تعبیرات مختلفی از آن می‌شود. برخی عقیده دارند که سازندگان تراشه‌ها در واقع بزرگ‌ترین متخصصان و کاربران فناوری نانو هستند چراکه هرچیزی با ابعاد کمتر از یک میکرون در قلمرو نانو قرار می‌گیرد و عمدة این صنایع (تولیدکنندگان تراشه) در ابعاد کمتر از میکرون کار می‌کنند. از سوی دیگر به عقیدة مطلق‌نگرها لازمة فناوری نانوی صحیح، استفاده از ماشین‌های ریز خودتکثیر می‌باشد. غیر از این دو گروه، دیگران بین فرآیندهای کل به جزء (بالا به پایین) یعنی ایجاد نانوساختارها از یک تودة ماده، و فرآیندهای پایین به بالا (جزء به کل) تفاوت قائل بوده و فرآیندهای پایین به بالا را فناوری نانوی صحیح می‌پندارند، چرا که در این روش ساختارها و یا مواد به صورت مولکول به مولکول یا اتم‌به اتم (تولید یک اتم یا یک مولکول در هر مرحله) شکل می‌گیرند. و همین دیدگاه اخیر است که هستة اصلی فناوری در شرکت نانترو و زتاکور را تشکیل داده در حالی که تراشههای رایج امروزی و نسل اول حافظههای جایگزین، با تعریف اول (بالا به پایین) مطابقت دارند.
روش نانترو
بعد از آن که روئکس طی مقاله‌ای چگونگی استفاده از نانولوله‌های کربنی را در ذخیره اطلاعات بیان داشت، گِرگ اشمرجل و برنت سگال، دارنده دکترای شیمی از دانشگاه هاروارد و توماس روئکس اقدام به تأسیس نانترو در سال 2001 نمودند. شرکت آنها موفق شد 16 میلیون دلار سرمایة خطرپذیر را جذب خود نموده و 25 کارمند هم استخدام کند. هدف آنها تجاری‌سازی تراشههای حافظه‌ای بود که همان سرعت SRAM، همان ظرفیت DRAM و همان غیرفراریت (توانایی در نگهداری اطلاعات هنگام قطع برق) حافظههای فلش را داشته باشند. فناوری NRAM آنها به این صورت عمل می‌کرد که رشته‌های معلقی از نانولوله‌های کربنی روی سلول‌های حافظه‌ای ساخته شده از یک لایه نازک نانولوله‌ای، قرار می‌گرفتند (در شکل نشان داده شده است). با اعمال بار مثبت یا منفی، این رشته‌ها یا جذب سلول‌های حافظه شده و توسط نیروهای بین‌مولکولی نگه‌داشته می‌شدند که به این ترتیب اتصال الکتریکی برقرار می‌شد و یا اینکه از سلول‌های حافظه دور شده و باعث قطع اتصال الکتریکی می‌گردیدند. سلول‌های حافظه نانولولة کربنی روی ویفرهای سیلیکونی با همان روش لیتوگرافی (چاپ) معمولی (رسوبدهی یا حکاکی) ساخته می‌شوند.
به گفتة اشمرجل مدیر اجرایی نانترو، احتمالاً تولید آزمایشی محصولات این شرکت بسیاری از صاحبان صنایع را شگفت‌زده نماید چرا که تصور می‌شود تولید انبوه زودتر از 10یا 15 سال آینده امکان‌پذیر نخواهد بود و کسی هم نمی‌تواند چگونگی تولید انبوه آنها و قراردادنشان روی ویفرها را کشف کند. اما آنچه ما در این مرحله موفق به انجام آن شده‌ایم فرآیند ساده‌ای است که می‌توان آن را با محصولات موجود مقایسه نمود.
اخیراً نانترو شروع به همکاری با سیستم‌های BAE، پیمانکار دفاعی انگلستان نموده تا با همکاری آنها بتواند تراشههای نانولوله‌های کربنی را جهت صنایع هوافضا به کار برد. زیرا در این صنایع ایمنی آنها در مقابل تابش، یک مزیت اساسی به شمار می‌آید. همچنین نانترو کارهایی را به طور مشترک با شرکت تولیدابزار ASML برای توسعة تکنیک‌های چاپ نانولوله‌های کربنی آغاز نموده است.
روش زتاکور
مؤسسان زتاکور در اواخر دهة 1990 ضمن کار برای یک شرکت فناوری زیستی کالیفرنیایی با یکدیگر ملاقات کرده و اولین سرمایه‌گذاری خطرپذیر خود را در سال 2001 آغاز نمودند.
در فناوری زتاکور از پرفرین‌هایی به شکل آب‌نبات چوبی (که از مشتقات کلروفیل می‌باشد) برای ذخیرة الکترون استفاده می‌شود. در انتهای این مولکول‌ها قطعه‌ای وجود دارد که می‌تواند خم شده و به هر سطحی متصل شود (همانند شکل). فناوری زتاکور از لحاظ مقیاس باید بسیار کوچکتر از DRAMها باشد، چرا که در این روش مولکول‌ها به طور فشرده به هم بسته شده و از تک‌تک آنها برای ذخیرة بار استفاده می‌شود. همچنین این شرکت موفق به تولید حافظههای مولکولی 1Mb شده و میزان تحمل آن را تا بیش از یک تریلیون (1012) چرخه مورد آزمایش قرار داده‌اند.
اگرچه قابلیت مولکول‌های ساخت این شرکت متغیر است اما هدف اولیه زتاکور بهینه‌سازی سرعت این مولکول‌های حافظه به جای قدرت نگهداری آنها است. بنابراین لازم است تا تراشههای تولیدی این شرکت به طور متناوب و البته به میزانی کمتر از DRAM و SRAM شارژ شوند تا بتوانند اطلاعات داخل خود را نگه‌دارند. هدف از این کار تولید حافظه‌هایی با همان سرعت SRAM است با این تفاوت که کوچکتر بوده و مصرف کمتری هم دارند.
حافظههای زتاکور از مولکول‌های پرفیرن آب نبات شکل برای ذخیره الکترون‌ها استفاده می‌کند و برای این کار از میله‌ای استفاده می‌شود که می‌توان آن را طوری طراحی نمود که خودبخود به الکترود متصل شود.
رقابت‌های اقتصادی
کاربرد این فناوری‌ها در خارج از محیط آزمایشگاه و در کاربردهای واقعی می‌تواند نقطة عطفی به شمار آید. اما به عقیده تحلیلگران مشکلات اقتصادی که در این راه وجود دارند هم باید مدنظر قرار گیرد. قیمت فناوری حافظههای متداول امروزی به سرعت در حال کاهش است و رقبای جدید در این عرصه با مشکلات جدی مواجه‌اند مگر آنکه فعالان فعلی دست از پیشرفت بردارند، که البته حتی در آن صورت هم معلوم نیست که آیا فناوری‌های نانوی جدید بتوانند بر مشکلاتی غلبه کنند، که در راه کوچک‌کردن ترانزیستورها و اجزای چاپ وجود دارد مشکلاتی که می‌تواند فناوری‌های فعلی را هم از کار باز دارد.
اما با وجود این، به عقیدة باب مریت تحلیلگر مسائل ادغام بازارها، که برای شرکت Semico Research کار می‌کند، اگر آن گونه که وعده داده شده فناوری نانوحافظه به مرحله عمل برسد، هنوز فرصت‌هایی برای تجاری‌سازی آن وجود دارد و می‌توان فرآیند تولید آنها را با روند تولید تراشههای CMOS استاندارد ادغام نمود (کاری که نه DRAM و نه حافظههای فلش قادر به انجام آن هستند) البته این فقط حافظه نیست که اهمیت دارد بلکه توانایی ترکیب آن با مدار منطقی در همان فرآیند است که اهمیت دارد و کار بیشتری می‌خواهد اینکه بتوان سایر حافظههای جایگزین را با CMOS ادغام نمود مطلبی است که هنوز به اثبات نرسیده است.
با اهمیت‌یافتن الکترونیک قابل حمل، تأمین برق مصرفی آنها و نیز کاهش اندازة آنها هم اهمیت یافته و سازندگان تراشه را مجبور می‌کند تا تعداد بیشتری حافظه و مدار منطقی را در یک تراشه واحد با هم ترکیب کنند. به عقیده دانشمندان نمونه جدیدی از صنعت تراشه در حال شکل‌گیری است که در آن ترکیبات جدیدی از حافظه و مدارمنطقی وجود داشته و نهایتاً منجر به ساخت گسترده و وسیع پردازشگرهای جدید و معماری‌های جدید حافظه می‌گردد.
اما از طرف دیگر باید توجه داشت که غالباً ایجاد بازارهای غیرمنتظره است که می‌تواند باعث موفقیت یا شکست یک فناوری جدید در زمینه تولید حافظه شود. در مورد حافظههای فلش، تلفن‌های همراه چنین بازار غیرمنتظره‌ای را پدید آورند اما در مورد نانوحافظه‌ها چه چیزی خواهد توانست این کار را انجام دهد؟ لذا لازم است برای هر فناوری جدید یک سؤال اساسی را از خود بپرسیم:
و آن اینکه "کاربرد اساسی و تأثیرگذار این فناوری جدید چیست؟ آیا حافظههای ساخته‌شده براساس فناوری نانو می‌توانند رقابتی جدی در زمینه روش‌های تولید تراشههای حافظه ایجاد نمایند؟"
منبع / منابع :
http://www.reed-electronics.com/
هنگامی که شرکت تازه‌کار نانترو (Nantero) در اوایل سال 2003، ایدة ساخت تراشههای حافظه‌ای از جنس نانولوله‌های کربنی را مطرح کرد و به این منظور خواهان همکاری با LSI Logic شد، مقامات آن شرکت دچار شگفتی شده و با دیدة تردید به آن نگریستند. اگرچه کشف نانولوله‌های کربنی کوچک اما بسیار مقاوم، انعطاف‌پذیر و رسانا با ابعادی در حد رشته‌های DNA، هیجان فراوانی در جامعه علمی ایجاد کرده و منشأ تحقیقات زیادی بوده است اما ساخت آن در خط تولید انبوه نیمه‌رسانا امری بی‌سابقه است.
به هر حال LSI خطر همکاری با نانترو را پذیرفت و سرانجام با تلاشی دقیق و طاقت‌فرسا طی مدت بیش ازیک سال، در ماه می- اردیبهشت- اولین لایة نازک سیلیکونی دارای سلول حافظة نانولوله‌کربنی ساخته و سریعاً برای تست به آزمایشگاه فرستاده شد. در آنجا مهندسان درحالی که هنوز نسبت به کارآیی الکتریکی آن تردید داشتند، با احتیاط جریان الکتریکی خروجی از یک ردیاب خمیده (Curve tracer) را که برای بررسی سلول‌های ریز حافظه به کار می‌رفت به آن اعمال کردند و در کمال ناباوری مشاهده نمودند که اغلب این سلول‌ها به طور صحیح به کار افتادند.
موفقیت این تراشه‌ها باعث شد تا آنهایی که قبلاً در مورد عملی‌بودن ساخت و کارآمدی چنین سوئیچ‌هایی تردید داشتند، کم‌کم آن را باور کنند. البته مدتی طول خواهد کشید تا سایر بخش‌های صنعت تراشه هم آن را بپذیرند. به‌علاوه آنکه فناوری نانترو به آزمایش‌های بیشتر و تنظیم‌های دقیق‌تر نیاز دارد و مهندسان LSI تازه در ابتدای روند آزمایش و بهبود این محصول می‌باشند. به گفتة نورم‌آرمور قائم مقام رئیس و مدیر عمومی برنامه‌های فوق‌العاده LsI Gresham، در اینکه تراشههای نانولوله‌های کربنی نانترو بالاخره به تولید انبوه می‌رسند شکی نیست و هیچ مانعی در این راه مشاهده نمی‌شود.
برای نانترو که در نظر دارد اولین تراشههای حافظه نانولوله‌های کربنی را طی دو تا سه سال آینده به بازار عرضه کند، این مطلب خبری خوشایند است و همچنین ده‌ها شرکت دیگری که با انجام فرآیندهای گوناگون برای بهره‌گیری از ذرات اتمی و مولکولی سعی در تولید مواد و کالاهای جدید دارند را به ادغام فعالیت‌های نیمه‌‌رسانایی خود در فناوری نانو تشویق می‌کند. اما هنوز باید منتظر بود و دید که آیا نانترو و رقبای دیگر در این عرصه قادر خواهند بود تا تراشه‌هایی تجاری تولید کنند که با فناوری‌های موجود و یا فناوری‌های جایگزین دیگر از لحاظ هزینه برابری کرده و حتی ارزان‌تر باشد و بازار را در اختیار بگیرد.
به نظر تحلیلگران، محصول تولیدی نانترو به احتمال زیاد از لحاظ کارآیی مشکلی نخواهد داشت. اما نکتة مهم آن است که آیا قیمت آن هم در حدی خواهد بود که قابل عرضه و فروش در بازار باشد؟
حافظة مولکولی
در حال حاضر شرکت‌های متعددی مشغول توسعة تراشههای حافظه‌ای براساس نانومواد می‌باشند.
به عنوان مثال شرکت زتاکور (ZettaCore) توانسته است نظر موافق اعضای هیئت مدیره بسیاری از شرکت‌های معروف ازجمله Les Vadasz از سرمایه‌گذاران اینتل را جلب کند. به علاوه توانسته است 20 میلیون دلار از سرمایه‌گذاری‌های خطرپذیررا برای طرح استفاده از مولکول‌های آلی ریز شبه‌کلروفیلی به جای خازن‌های ذخیره بار در تراشههای حافظه از نوع DRAM و SRAM، جذ ب کند. از شرکت‌های دیگر می‌توان Nanosys را نام برد که هم‌اکنون با همکاری اینتل روی نانوبلورهایی کار می‌کنند که کاربرد آن موجب افزایش طول عمر حافظههای فلش خواهد شد.
Nanomagnetics هم به توسعة نوعی ماده مغناطیسی حافظه مشغول است که براساس پروتئین فریتین (Ferritin) ساخته شده و احتمالاً در ساخت دیسک‌درایو و تراشههای حافظه به کار خواهد رفت. شرکت الکترونیک مولکولی کالیفرنیا هم در حال ساخت نوعی سوئیچ مولکولی برای استفاده در نمایشگرها و ابزارهای حافظه می‌باشد.
از بین تمام این شرکت‌هایی که ذکر شد به نظر می‌رسد نانترو و زتاکور بیشتر به بازار نزدیک باشند. هردوی این شرکت‌ها در نظر دارند به جای آنکه خود به تولید تراشههای ابداعی‌شان بپردازند، امتیاز بهره‌برداری از فناوری آن را به سایر تولیدکنندگان تراشه بدهند. انتظار می‌رود تولید تجاری این محصولات تا سال 2006 به نتیجه برسد. نکته قابل توجه دیگر آن است که روند فعالیت و کار این دو شرکت از دید سرمایه‌گذاران خطرپذیر و ازجمله جروتسون- از مدیران شرکت DFJ (Draper Fisher Jurveston)- که در هردوی این شرکت‌ها سرمایه‌گذاری نموده است، مثبت ارزیابی می‌شود.
با این اوصاف، دیگر جای تعجب نیست اگر مشاهده کنیم که بسیاری از رقابت‌ها در عرصه تجارت متوجه بازار حافظه باشد. تولید و ساخت حافظه‌ها یکی از بزرگ‌ترین بخش‌های صنعتی می‌باشد اما با مشکلات فنی متعددی نیز مواجه است؛ مشکلاتی از قبیل نشت بار از خازن، ساختارهایی با پیچیدگی فزاینده و نیز حساسیت به خطاهای جزئی ناشی از پرتوهای کیهانی. وجود چنین مشکلاتی سبب می‌شود تا سازندگان تراشه نتوانند بیش از این ابعاد تراشههای خود را کاهش دهند.
مسائل قابل توجه دیگری که در این زمینه وجود دارد، عبارتند از تراشههای SRAM مربوط به سلول‌های بزرگ حافظه، مشکل قراردادن DRAM و حافظه فلش در کنار تراشههای منطقی و کندی زمان دسترسی به حافظه فلش و پایداری محدود آن می‌باشد.
به گفته تحلیلگران هم‌اکنون 20 فناوری جایگزین به دنبال دستیابی به بازار 48 میلیارد دلاری حافظه می‌باشند، رقمی که پیش‌بینی می‌شود تا سال 2008 به حدود 57 میلیارد دلار برسد. شرکت تحقیقات صنعتی NanoMarket در یک پیش‌بینی خوشبینانه اظهار داشته که فروش حاصل از فناوری‌های مختلف مرتبط با نانوحافظه تا سال 2008 به رقم تقریبی 15 میلیارد دلار خواهد رسید. همین رقم را تحلیلگر دیگری با دیدی بیش از حد ملاحظه‌کارانه، 4/2 میلیارد دلار پیش‌بینی کرده است. اما به عقیدة همین شخص همچنان برای هر شرکت دیگری که بخواهد به رفع محدودیت تراشههای حافظة امروزی بپردازد، زمینة فعالیت وجود دارد اما به شرط آنکه محصول تولید شده از لحاظ هزینه مقرون به صرفه باشد.
بحران احتمالی آینده
گفته می‌شود استفاده از فناوری نانو می‌تواند راهی برای پیشگیری از بحران احتمالی در آیندة صنعت نیمه‌رساناها به شمار آید. به طوری که با قانون مور، مبنی بر انتظار دو برابر شدن چگالی تراشه در هر 18 تا 24 ماه هم مطابقت داشته باشد. و اگر شرکت‌های نانترو و زتاکور کاری در این زمینه انجام ندهند صنعت نیمه‌رسانا به رکودی قابل توجه نایل می‌شود.
بنابه اظهارات استفان لایی، جانشین گروه فناوری و تولید اینتل، صنعت 15 میلیارد دلاری حافظة فلش به محدودیت‌های فناوری خود نزدیک می‌شود و احتمالاً تولید آن به نحو چشمگیری کاهش می‌یابد لذا باید خود را برای هر پیشامدی در این مورد آماده نمود، البته نمی‌توان نقش مهمی که فناوری‌های جایگزین در این‌باره خواهند داشت را نادیده گرفت. وی همچنین عقیده دارد که شرکت اینتل می‌تواند تراشه‌هایی 45 نانومتری تولید کند که نصف تراشههای 90 نانومتری امروزی هستند، اما اینکه آیا می‌توان از این هم فراتر رفت یا نه؟ مطلبی است که چندان روشن نیست.
اینتل به دنبال نسل جدیدی از حافظههای فلش با ابعاد 22 نانومتر می‌باشد که بتواند جایگزین تراشههای امروزی شود اما به عقیدة کارشناسان، این کار زودتر از سال 2012 به نتیجه نخواهد رسید. به گفتة استفان‌لایی ایجاد یک بازار مطمئن به جای حافظههای فلش پنج سال طول خواهد کشید. لذا اگر به عقب برگردیم لازم است تا در بازة زمانی 2006 تا 2007 محصولی جایگزین در بازار داشته باشیم.
با تمام این احوال برنامة فعلی اینتل برای جایگزینی حافظههای فلش براساس فناوری نانو نیست و به جای آن، این شرکت در نظر دارد از فناوری ovonic یعنی ذخیره داده‌ها روی لایه نازکی از Chalcogenide- ماده‌ای که در CDهای با قابلیت نوشتن مجدد بر روی آنها کاربرد دارد- استفاده نماید.
بسته به بار الکتریکی اعمال‌شده، نانولوله‌های کربنی به دو صورت سوئیچی خمیده و مستقیم درمی‌آیند که در حالت اول اتصال الکتریکی برقرارشده و در حالت دوم اتصال قطع می‌شود.
گفتة مسئولان اینتل آنها در این زمینه پیشرفت خوبی داشته و کاملاً مطمئن هستند که می‌توانند حافظه‌هایی را از این ماده بسازند و اگرچه در ابتدا احتمال دارد هر بیت از تراشههای ovonic دوبرابر گران‌تر از حافظههای فلش باشند اما انتظار می‌رود که این فناوری نهایتاً به تولید سلول‌های حافظة کوچک‌تری منجر شود.
دو جایگزین دیگر برای حافظههای فلش که انتظار می‌رود بعد از ده سال توسعه و کار بالاخره به بازار راه یابند عبارتند از FRAM (RAMهای فروالکتریک) و MRAM (RAMهای ضدمغناطیسی). برای اطلاعات بیشتر به شمارة اول آوریل 2003 مجلة Memory enhancement مراجعه نمایید. فروش شرکت Ramtron international از تراشههای FRAM کم‌مصرف خود 10 میلیون دلار در هر دوره سه ماهه بوده است. این تراشه‌ها قادرند بار الکتریکی را در لایه‌های نازک ترکیبات پروسکات شبه‌سرامیکی ذخیره نمایند. ضمناً شرکت Freescale Semiconductor هم در نظر دارد تا به طور آزمایشی تعداد محدودی تراشة MRAM تجاری تولید کند. این تراشه‌ها که قادرند اطلاعات را به صورت مغناطیسی ذخیره نمایند، تا اواخر سال 2004 به بازار عرضه خواهند شد.
MRAM و FRAM نیز همانند حافظههای ovonic محصولاتی نانویی به شمار نمی‌آیند اما با این وجود فناوری نانو واژه‌ای است که تعبیرات مختلفی از آن می‌شود. برخی عقیده دارند که سازندگان تراشه‌ها در واقع بزرگ‌ترین متخصصان و کاربران فناوری نانو هستند چراکه هرچیزی با ابعاد کمتر از یک میکرون در قلمرو نانو قرار می‌گیرد و عمدة این صنایع (تولیدکنندگان تراشه) در ابعاد کمتر از میکرون کار می‌کنند. از سوی دیگر به عقیدة مطلق‌نگرها لازمة فناوری نانوی صحیح، استفاده از ماشین‌های ریز خودتکثیر می‌باشد. غیر از این دو گروه، دیگران بین فرآیندهای کل به جزء (بالا به پایین) یعنی ایجاد نانوساختارها از یک تودة ماده، و فرآیندهای پایین به بالا (جزء به کل) تفاوت قائل بوده و فرآیندهای پایین به بالا را فناوری نانوی صحیح می‌پندارند، چرا که در این روش ساختارها و یا مواد به صورت مولکول به مولکول یا اتم‌به اتم (تولید یک اتم یا یک مولکول در هر مرحله) شکل می‌گیرند. و همین دیدگاه اخیر است که هستة اصلی فناوری در شرکت نانترو و زتاکور را تشکیل داده در حالی که تراشههای رایج امروزی و نسل اول حافظههای جایگزین، با تعریف اول (بالا به پایین) مطابقت دارند.
روش نانترو
بعد از آن که روئکس طی مقاله‌ای چگونگی استفاده از نانولوله‌های کربنی را در ذخیره اطلاعات بیان داشت، گِرگ اشمرجل و برنت سگال، دارنده دکترای شیمی از دانشگاه هاروارد و توماس روئکس اقدام به تأسیس نانترو در سال 2001 نمودند. شرکت آنها موفق شد 16 میلیون دلار سرمایة خطرپذیر را جذب خود نموده و 25 کارمند هم استخدام کند. هدف آنها تجاری‌سازی تراشههای حافظه‌ای بود که همان سرعت SRAM، همان ظرفیت DRAM و همان غیرفراریت (توانایی در نگهداری اطلاعات هنگام قطع برق) حافظههای فلش را داشته باشند. فناوری NRAM آنها به این صورت عمل می‌کرد که رشته‌های معلقی از نانولوله‌های کربنی روی سلول‌های حافظه‌ای ساخته شده از یک لایه نازک نانولوله‌ای، قرار می‌گرفتند (در شکل نشان داده شده است). با اعمال بار مثبت یا منفی، این رشته‌ها یا جذب سلول‌های حافظه شده و توسط نیروهای بین‌مولکولی نگه‌داشته می‌شدند که به این ترتیب اتصال الکتریکی برقرار می‌شد و یا اینکه از سلول‌های حافظه دور شده و باعث قطع اتصال الکتریکی می‌گردیدند. سلول‌های حافظه نانولولة کربنی روی ویفرهای سیلیکونی با همان روش لیتوگرافی (چاپ) معمولی (رسوبدهی یا حکاکی) ساخته می‌شوند.
به گفتة اشمرجل مدیر اجرایی نانترو، احتمالاً تولید آزمایشی محصولات این شرکت بسیاری از صاحبان صنایع را شگفت‌زده نماید چرا که تصور می‌شود تولید انبوه زودتر از 10یا 15 سال آینده امکان‌پذیر نخواهد بود و کسی هم نمی‌تواند چگونگی تولید انبوه آنها و قراردادنشان روی ویفرها را کشف کند. اما آنچه ما در این مرحله موفق به انجام آن شده‌ایم فرآیند ساده‌ای است که می‌توان آن را با محصولات موجود مقایسه نمود.
اخیراً نانترو شروع به همکاری با سیستم‌های BAE، پیمانکار دفاعی انگلستان نموده تا با همکاری آنها بتواند تراشههای نانولوله‌های کربنی را جهت صنایع هوافضا به کار برد. زیرا در این صنایع ایمنی آنها در مقابل تابش، یک مزیت اساسی به شمار می‌آید. همچنین نانترو کارهایی را به طور مشترک با شرکت تولیدابزار ASML برای توسعة تکنیک‌های چاپ نانولوله‌های کربنی آغاز نموده است.
روش زتاکور
مؤسسان زتاکور در اواخر دهة 1990 ضمن کار برای یک شرکت فناوری زیستی کالیفرنیایی با یکدیگر ملاقات کرده و اولین سرمایه‌گذاری خطرپذیر خود را در سال 2001 آغاز نمودند.
در فناوری زتاکور از پرفرین‌هایی به شکل آب‌نبات چوبی (که از مشتقات کلروفیل می‌باشد) برای ذخیرة الکترون استفاده می‌شود. در انتهای این مولکول‌ها قطعه‌ای وجود دارد که می‌تواند خم شده و به هر سطحی متصل شود (همانند شکل). فناوری زتاکور از لحاظ مقیاس باید بسیار کوچکتر از DRAMها باشد، چرا که در این روش مولکول‌ها به طور فشرده به هم بسته شده و از تک‌تک آنها برای ذخیرة بار استفاده می‌شود. همچنین این شرکت موفق به تولید حافظههای مولکولی 1Mb شده و میزان تحمل آن را تا بیش از یک تریلیون (1012) چرخه مورد آزمایش قرار داده‌اند.
اگرچه قابلیت مولکول‌های ساخت این شرکت متغیر است اما هدف اولیه زتاکور بهینه‌سازی سرعت این مولکول‌های حافظه به جای قدرت نگهداری آنها است. بنابراین لازم است تا تراشههای تولیدی این شرکت به طور متناوب و البته به میزانی کمتر از DRAM و SRAM شارژ شوند تا بتوانند اطلاعات داخل خود را نگه‌دارند. هدف از این کار تولید حافظه‌هایی با همان سرعت SRAM است با این تفاوت که کوچکتر بوده و مصرف کمتری هم دارند.
حافظههای زتاکور از مولکول‌های پرفیرن آب نبات شکل برای ذخیره الکترون‌ها استفاده می‌کند و برای این کار از میله‌ای استفاده می‌شود که می‌توان آن را طوری طراحی نمود که خودبخود به الکترود متصل شود.
رقابت‌های اقتصادی
کاربرد این فناوری‌ها در خارج از محیط آزمایشگاه و در کاربردهای واقعی می‌تواند نقطة عطفی به شمار آید. اما به عقیده تحلیلگران مشکلات اقتصادی که در این راه وجود دارند هم باید مدنظر قرار گیرد. قیمت فناوری حافظههای متداول امروزی به سرعت در حال کاهش است و رقبای جدید در این عرصه با مشکلات جدی مواجه‌اند مگر آنکه فعالان فعلی دست از پیشرفت بردارند، که البته حتی در آن صورت هم معلوم نیست که آیا فناوری‌های نانوی جدید بتوانند بر مشکلاتی غلبه کنند، که در راه کوچک‌کردن ترانزیستورها و اجزای چاپ وجود دارد مشکلاتی که می‌تواند فناوری‌های فعلی را هم از کار باز دارد.
اما با وجود این، به عقیدة باب مریت تحلیلگر مسائل ادغام بازارها، که برای شرکت Semico Research کار می‌کند، اگر آن گونه که وعده داده شده فناوری نانوحافظه به مرحله عمل برسد، هنوز فرصت‌هایی برای تجاری‌سازی آن وجود دارد و می‌توان فرآیند تولید آنها را با روند تولید تراشههای CMOS استاندارد ادغام نمود (کاری که نه DRAM و نه حافظههای فلش قادر به انجام آن هستند) البته این فقط حافظه نیست که اهمیت دارد بلکه توانایی ترکیب آن با مدار منطقی در همان فرآیند است که اهمیت دارد و کار بیشتری می‌خواهد اینکه بتوان سایر حافظههای جایگزین را با CMOS ادغام نمود مطلبی است که هنوز به اثبات نرسیده است.
با اهمیت‌یافتن الکترونیک قابل حمل، تأمین برق مصرفی آنها و نیز کاهش اندازة آنها هم اهمیت یافته و سازندگان تراشه را مجبور می‌کند تا تعداد بیشتری حافظه و مدار منطقی را در یک تراشه واحد با هم ترکیب کنند. به عقیده دانشمندان نمونه جدیدی از صنعت تراشه در حال شکل‌گیری است که در آن ترکیبات جدیدی از حافظه و مدارمنطقی وجود داشته و نهایتاً منجر به ساخت گسترده و وسیع پردازشگرهای جدید و معماری‌های جدید حافظه می‌گردد.
اما از طرف دیگر باید توجه داشت که غالباً ایجاد بازارهای غیرمنتظره است که می‌تواند باعث موفقیت یا شکست یک فناوری جدید در زمینه تولید حافظه شود. در مورد حافظههای فلش، تلفن‌های همراه چنین بازار غیرمنتظره‌ای را پدید آورند اما در مورد نانوحافظه‌ها چه چیزی خواهد توانست این کار را انجام دهد؟ لذا لازم است برای هر فناوری جدید یک سؤال اساسی را از خود بپرسیم:
و آن اینکه "کاربرد اساسی و تأثیرگذار این فناوری جدید چیست؟ آیا حافظههای ساخته‌شده براساس فناوری نانو می‌توانند رقابتی جدی در زمینه روش‌های تولید تراشههای حافظه ایجاد نمایند؟"
منبع / منابع :
http://www.reed-electronics.com/
