石墨烯的發(fā)現(xiàn)有望為信息存儲(chǔ)器“大限”解圍

很多人都知道，摩爾定律揭示了信息技術(shù)神話一樣的發(fā)展速度;但很多人不知道的是，2018年，以硅基材料為基礎(chǔ)的信息存儲(chǔ)技術(shù)將面臨發(fā)展“大限”。華東理工大學(xué)特聘教授陳彧帶領(lǐng)的課題組最近發(fā)現(xiàn)，石墨烯材料能有效拓展信息存儲(chǔ)空間，從而在以石墨烯為基礎(chǔ)的新型有機(jī)高分子信息存儲(chǔ)材料研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。

信息存儲(chǔ)器的發(fā)展，在很長一段時(shí)間內(nèi)都遵循摩爾定律，即在價(jià)格不變的情況下，每隔18個(gè)月，集成電路中可容納的晶體管數(shù)量及其性能便會(huì)提升一倍。自2000年以來，為滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度和存取速度日益增高的需求，微電子工業(yè)已將構(gòu)成芯片的存儲(chǔ)元件的尺寸從130納米減小至目前的45納米。到2018年，硅基半導(dǎo)體將達(dá)到16納米的物理極限。

陳彧介紹說，超出這個(gè)極限，晶體管會(huì)發(fā)生漏電，集成電路里相鄰存儲(chǔ)單元間也會(huì)相互影響，存儲(chǔ)器件的可靠性和穩(wěn)定性都將大受影響。此外，硅基器件制備存在設(shè)備昂貴、光刻工藝和周邊集成電路復(fù)雜、二維存儲(chǔ)密度有限等問題。

“當(dāng)我們從‘微電子’時(shí)代步入‘納電子’時(shí)代，在開發(fā)下一代存儲(chǔ)技術(shù)時(shí)，需要引進(jìn)全新的概念、材料和技術(shù)，新材料始終是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)注的重點(diǎn)。”陳彧表示。

陳彧告訴媒體，以高分子材料制備阻變存儲(chǔ)器件，為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。與硅基材料相比，高分子材料有明顯優(yōu)勢，它容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲(chǔ)密度高，可以三維堆積，甚至可大面積“刷涂”在玻璃、塑料和集成電路上，還能根據(jù)需要對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心剪裁，調(diào)控材料和相應(yīng)器件的存儲(chǔ)性能。

不過，高分子材料要?jiǎng)偃巫枳兇鎯?chǔ)器件的角色，必須具有可用來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼和數(shù)字信息存儲(chǔ)的電雙穩(wěn)特征。簡單地說，就是當(dāng)在材料薄膜兩邊施加一個(gè)足夠大的外電壓時(shí)，器件可由低導(dǎo)電狀態(tài)(OFF)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔?dǎo)電狀態(tài)(ON)。如果撤銷外電場后還可繼續(xù)穩(wěn)定地保持OFF或ON態(tài)，說明器件有記憶性能，有望成為存儲(chǔ)器件。如果通過外界刺激能將器件從ON態(tài)恢復(fù)到OFF態(tài)，則器件具有可擦寫性。

“這里的OFF態(tài)和ON態(tài)相當(dāng)于二進(jìn)制系統(tǒng)中的‘0’態(tài)和‘1’態(tài)，外加電信號(hào)相當(dāng)于對(duì)信息的寫、讀或者擦除等操作。”陳彧表示。