Cavendish-cel

De Cavendish Kinetics geheugencel is een vorm van flashgeheugen bedoeld voor gebruik in computer, digitale fotocamera's en dergelijke. Het is permanent geheugen (geheugen dat niet gewist wordt als de stroom wegvalt), maar is goedkoper, milieuvriendelijker en betrouwbaarder dan klassiek flash-geheugen. De geheugencel is uitgevonden door Charles Gordon Smith en is door octrooi intellectueel eigendom van het bedrijf Cavendish Kinetics.

Constructie van de Cavendish-cel[bewerken]

De Cavendish-cel is een variant op het klassieke flashgeheugen. Als zodanig is de cel, net als klassiek flash-geheugen, opgebouwd op een substraat van een geleidend materiaal (silicium, normaal gesproken).

In tegenstelling tot het klassieke flash-geheugen zonder bewegende onderdelen, is de Cavendish-cel echter een zogeheten Micro-ElektroMechanisch Systeem (MEMS). De methode waarmee de cel geschakeld wordt van opslag van een "0"-waarde tot een "1"-waarde en terug is dus mechanisch, bestaat uit bewegende onderdelen.

Er zijn in principe twee configuraties van de Cavendish-cel. In beide configuraties is het idee dat de cel een zwaar geïsoleerd plaatje bevat waarop lading opgeslagen wordt – een zogeheten floating gate. Daarnaast bevat de cel, net als flash-geheugen, twee geleidende plaatjes die aan weerszijden van de floating gate en direct op het substraat zijn aangebracht maar wel zo dat ze van elkaar geïsoleerd zijn. Deze plaatjes – source en drain geheten, zitten te ver van elkaar om een elektrische stroom ertussen op gang te laten komen. Is de floating gate echter geladen, dan werkt deze als een soort brug. Onder invloed van lading in de floating gate kunnen elektronen zich door de isolatie heen boren (het zogeheten tunnelen). Deze stroom is te meten en geldt als een "1"-waarde van de cel. Bij het tunnelen blijft uiteraard wel de lading in de floating gate in stand.

Naast de floating gate beschikt een Cavendish-cel ook altijd over een "ophaalbrug", een klein, geleidend staafje dat aan een kant met isolerend materiaal aan het substraat hangt. Onder de ophaalbrug, geïsoleerd van het substraat, bevindt zich een plaatje waarop lading aangebracht kan worden (10). Gebeurt dit, dan buigt de brug door en komt het loshangende gedeelte van de brug in de buurt van de floating gate (of zelfs ertegenaan). De geleidende brug vormt nu een verbinding met de floating gate waardoor lading op de gate geplaatst kan worden (of weer verwijderd kan worden). Zo kan de cel geschakeld worden van "1" naar "0" en omgekeerd.

De basisconfiguratie[bewerken]

De basisconfiguratie komt letterlijk overeen met het hierboven beschreven principe. Hij bestaat uit een brug en een losse floating gate.

De complexere variant[bewerken]

In de complexere configuratie van de cel ligt de floating gate niet op het substraat maar hangt deze onderaan de brug (met isolatie ertussen). In deze configuratie is het mogelijk om een aparte, ladingdragende gate in te voegen om de lading over te brengen op de floating gate of hetzelfde aantal gates als in de basisconfiguratie te gebruiken en de lading door tunneling over te brengen.

Het voordeel van deze configuratie is dat het substraat niet geleidend hoeft te zijn, wat de productiekosten omlaag brengt.

Voordelen van de Cavendish-cel boven flashgeheugen[bewerken]

De Cavendish-cel belooft twee grote voordelen boven het klassieke flashgeheugen:

In tegenstelling tot klassiek flashgeheugen kan een Cavendish-cel gekweekt worden op een substraat van silicium. Hierdoor kan de cel direct meegebakken worden bij het kweken van een processor en is hij dus geschikt voor gebruik op een processor én voor aanmaak binnen het normale chip-stepping proces. Het is dus niet nodig een aparte productielijn op te zetten om het geheugen te vervaardigen en het wordt meteen mogelijk om geheugen te vervaardigen dat zowel op een chip zit als zijn inhoud behoudt als de stroom wegvalt.
In tegenstelling tot klassiek flashgeheugen gebruikt de Cavendish-cel een methode om lading over te brengen waarbij direct contact ontstaat tussen de geleidende delen in plaats van lading door isolatie heen te moeten tunnelen. Dit vergt veel kleinere spanningen en is dus minder energie-intensief en ook nog sneller dan de tunneling-methode van flash. Bovendien gaat de Cavendish-cel als neveneffect hiervan langer mee dan het flashgeheugen, omdat het vermijden van tunneling ook betekent dat er geen isolatie meer doorbrandt (het grote probleem van flash-geheugen). Opgemerkt dient te worden dat het essentieel is bij het inzetten van de Cavendish-cel dat de ophaalbruggen bijzonder klein zijn, van nanometer-schaal. Deze kleine schaal is namelijk essentieel om het probleem van eerdere generaties MEMS te voorkomen: breken van de mechanische onderdelen.

Nadelen aan Cavendish-geheugen[bewerken]

Cavendish-cellen zijn nieuwe technologie. Hoewel veelbelovend in opzet is het grootste nadeel ervan ongetwijfeld dat eventuele nadelen nog niet echt bekend zijn.

Daarnaast zijn Cavendish-cellen voornamelijk gericht op toepassingen met kleine geheugens of vaste hoeveelheden geheugens (niet-uitbreidbare toestellen) en zijn ze wellicht moeilijk te combineren met optische toepassingen.