Исследования и разработка технологии молекулярной оптоэлектронной памяти

В ФГУП "НИИ "Аргон" совместно с Институтом биоорганической химии РАН, Физическим институтом РАН и специалистами завода "Ангстрем" ведутся исследования и разработка технологии трехмерного молекулярного оптоэлектронного запоминающего устройства (МОЗУ) с векторным переносом электронов на базе полупроводниковых микросхем памяти.

Руководителем данного проекта является главный научный сотрудник НИИ "Аргон", доктор технических наук, профессор Китович Вячеслав Васильевич.

МОЗУ представляет собой трехмерный многоканальный сдвигающий регистр, построенный путем нанесения методом Лонгмюра-Шеффера нескольких сотен (порядка 500) однородных полимерных монослоев на полупроводниковую СБИС памяти. Запоминающая среда в таком регистре является набором полимерных нитей, в которых каждая мономерная ячейка хранит 1 бит информации. Мономерная ячейка состоит из трех или более функциональных молекул, ковалентно соединенных молекулами связи. Совокупность мономерных ячеек нековалентно объединяется в полимерную нить.

Информационная емкость МОЗУ равна произведению числа бит полупроводниковой СБИС на число молекулярных монослоев. Таким образом, данная технология позволяет в перспективе увеличить поверхностную плотность записи информации на 2 - 3 порядка по сравнению с той, которая может быть реализована средствами существующей полупроводниковой технологии.

Информация, записанная в виде электрических зарядов в элементы СБИС полупроводниковой памяти, реализующие операции записи-считывания, переносится при помощи короткого импульса света и электрического поля на прилегающий к СБИС мономолекулярный слой. При освещении коротким пространственно однородным импульсом света всей многослойной структуры поисходит сдвиг информации на один шаг в перпендикулярном к мономолекулярным слоям направлении. Информация, достигшая последнего мономолекулярного слоя, поступает на элементы полупроводниковой СБИС, предназначенные для перезаписи информации, после чего происходит перезапись информации в элементы записи-считывания. В прцессе перезаписи осуществляется коррекция ошибок и ассоциативный поиск информации.

Устройства молекулярной памяти могут быть использованы в вычислительных системах традиционной архитектуры для расширения оперативной памяти с повышенной в 100-1000 раз информационной плотностью, а также для физической реализации высокоскоростной виртуальной памяти.

Еще одна потенциальная область применения - решение задач экспоненциальной сложности в больших информационно-поисковых системах и системах идентификации и классификации с восстановлением частично утерянной информациеи, которые используют процессоры на базе полупроводниковых нейрокристаллов, имеющих жесткую или гибкую матрицу весовых коэффициентов.

В рамках проекта ведутся следующие теоретические и экспериментальные исследования:

  • разрабатывается однокристальный вариант МОЗУ на базе микросхемы полупроводниковой динамической памяти;
  • проведено математическое моделирование микросхемы молекулярной памяти;
  • исследуются процессы передачи и уровни помех в молекулярной среде;
  • отработана лабораторная технология нанесения однородных многослойных биомолекулярных пленок;
  • разработаны методы эффективного ввода сдвигающих световых импульсов в молекулярную оптоэлектронную среду;
  • проводится имитационное моделирование конструкции микросхемы МОЗУ и расчет тепловых режимов ее полупроводниковых и биоорганических компонентов при различных частотах;
  • разработана и изготовляется универсальная тестовая микросхема, являющаяся фрагментом разрабатываемой микросхемы МОЗУ. Работы по пректу защищены патентом РФ № 2068586 от 27.10.96 г. и публикациями в журналах:
      Радиотехника, № 10, 1998; № 1, 1999;
      Optical Memory and Neural Networks, vol. 1, N 2, 1992;
      Proceedings of SPIE, 1996, 1997;
      Проблемы информатизации, № 3-4, 1998.