基于一種新型半導(dǎo)體材料的電阻式存儲(chǔ)器

全球頂級(jí)研究人員匯聚三藩市，參加IEEE國際電子元件會(huì)議(IEDM)。斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)在會(huì)議上發(fā)表的一篇論文，正是這種洞察細(xì)節(jié)精神的體現(xiàn)。

由IBM電子工程師出身的黃漢森教授(H. S. Philip Wong)指導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)，在深入研究一種新型資料儲(chǔ)存技術(shù)。對(duì)于智慧手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備而言，高效節(jié)能是至關(guān)重要的，因此此種資料存儲(chǔ)技術(shù)將是這些設(shè)備的理想選擇。

這種新技術(shù)產(chǎn)品稱為電阻式存儲(chǔ)器，縮寫為RRAM。電阻式存儲(chǔ)器基于一種新型半導(dǎo)體材料，此種半導(dǎo)體材料能夠以阻止或允許通過電子流的方式，形成狀態(tài)值“0”和“1”。

斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究生姜子臻對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了解釋。她說，電阻式存儲(chǔ)器材料是絕緣體，其在正常狀態(tài)下不允許電流通過。但是，在某些情況下，可以對(duì)絕緣體進(jìn)行誘導(dǎo)，使其允許通過電子流。

過去以電場(chǎng)震蕩電阻式存儲(chǔ)器材料，可以導(dǎo)致形成一個(gè)允許電子流通過的路徑。該路徑被稱為導(dǎo)電細(xì)絲。

為了阻斷導(dǎo)電細(xì)絲，研究人員應(yīng)用了另一個(gè)震蕩，使材料重新成為絕緣體。每個(gè)震蕩可以將電阻式存儲(chǔ)器的狀態(tài)值從“0”切換至“1”，或者相反，使材料可應(yīng)用于資料儲(chǔ)存。

但是電力并不是唯一的作用力，泵浦電子進(jìn)入任何材料均會(huì)提高其溫度。這正是電爐的原理。問題是應(yīng)該應(yīng)用何種電壓/溫度狀態(tài)呢?“為了解答這個(gè)問題，我們不得不分別研究電壓和溫度對(duì)形成導(dǎo)電細(xì)絲的影響，”團(tuán)隊(duì)的另一位研究生王子文(音譯)說。

斯坦福大學(xué)的研究人員必須在根本不使用電場(chǎng)的條件下加熱電阻式存儲(chǔ)器材料，所以他們將電阻式存儲(chǔ)器晶片放在一個(gè)微加熱臺(tái)(MTS)裝置上。

這是一種復(fù)雜的熱板，能夠在材料內(nèi)部產(chǎn)生廣泛的溫度變幅。當(dāng)然，其目的并非只是加熱材料，而且還要測(cè)量如何形成導(dǎo)電細(xì)絲。

研究人員觀察到，當(dāng)環(huán)境溫度處于80華氏度與260華氏度之間時(shí)，能夠更有效地形成導(dǎo)電細(xì)絲。260華氏度略高于沸水溫度，這顯然不同于之前認(rèn)為越熱越好的猜測(cè)。

這在后續(xù)研究將是個(gè)好消息，因?yàn)榭梢酝ㄟ^電壓和電震蕩持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)工作晶片開關(guān)溫度。在較低溫度下實(shí)現(xiàn)有效切換，意味著耗電更少，這使得電阻式存儲(chǔ)器更節(jié)能。

因此，當(dāng)其用來作為移動(dòng)設(shè)備的存儲(chǔ)器時(shí)，將延長(zhǎng)電池壽命。“現(xiàn)在，我們能夠以預(yù)測(cè)方式使用電壓和溫度作為設(shè)計(jì)輸入，這將使我們能夠設(shè)計(jì)更好的存儲(chǔ)器設(shè)備，”黃教授說。