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365bet官网在阻变存储器研究方面取得进展
编辑:365bet体育在线投注,日期:2018-07-18

  存储器是现代信息技术的核心和基石。开发基于新结构、新原理和新材料的新型存储器,对信息技术的发展至关重要。阻变存储器(RRAM)是一种新兴的信息技术,其工作核心是通过器件电阻状态的精准调控实现信息的编码与存储,具有结构简单、器件单元尺寸小、与CMOS工艺兼容、可与处理器在同一芯片上实现大规模三维集成等优点。研究人员致力于通过阻变介质中人工纳米结构的可控构建,研究电场、光照、磁场与介质中形成的人工纳米结构的相互作用和新奇物理现象,探索实现阻变存储器集成化、多值化、功能化以及柔性化等的有效途径,从而推动信息技术发展过程中所面临的摩尔定律极限以及冯诺依曼瓶颈等问题的解决。

  探索高性能存储器

  发展多值存储是提高存储容量、简化存储器芯片结构的重要技术手段之一。阻变存储器主要利用电场作用下金属离子或氧空位的形成、迁移以及氧化还原等一系列热力学和动力学过程在电极/介质/电极三明治结构中形成导电通道进行存储。研究人员通过深入分析其工作机制,建立了“倒三角”金属导电通道阻变模型。在此基础上,通过外加电场精确控制金属离子迁移,在固体介质中构建原子尺度的纳米点接触结构,获得了实现量子电导效应和多值存储特性的新方法。

  此外,研究人员发展了一种利用电场驱动的氧离子输运行为在五氧化二钒(V2O5)薄膜中构建垂直分布的准一维VO2纳米通道的新方法。基于该方法制备的准一维通道具有可靠的金属——绝缘体转变和易失性开关特性,可用作高性能选通器,以避免相邻RRAM器件间的漏电和串扰问题。

  相关工作作为封面论文发表在Adv.Mater.、ACS Nano、Adv.Electron.Mater.等期刊。

  拓展基于离子输运的多功能器件

  阻变存储器中纳米导电通道、纳米异质结、纳米磁畴等人工纳米结构的内嵌往往会带来器件能带结构的变化,进而产生诸如光电调控、磁电调控等新奇的物理效应。例如,研究人员通过光照和电场可逆地改变光敏介质氧化铈(CeO2-x)作为功能层的阻变器件的能带结构和电输运特性,利用电场可擦除的可持续光电导效应开发了一种集成了光信息的解码、运算与存储功能的多功能阻变器件,有效地降低了集成电路的复杂性,有望为应对大数据时代海量信息的挑战提供解决方案。

  研究人员还提出了在纳米尺度下通过电场诱导离子输运调控磁性氧化物材料磁性的新思路,并在CoFe2-xO4和LiFe5O8-x薄膜中实现了磁化方向的非易失性可逆翻转,为高效自旋电子器件(如低能耗、高密度电写磁读存储器)的研究提供了一种新途径。

  相关工作作为封面论文发表在Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Electron. Mater.等期刊,并被Materials View China高亮报道。

  发展柔性阻变存储器

  随着物联网技术与可穿戴设备的发展,柔性电子器件引起了人们越来越多的关注。RRAM器件结构简单、阻变介质选择多样,为存储器的柔性化提供了巨大的潜力。在无机材料方面,研究人员自主开发生长了具有特殊结构——非晶包裹纳米晶颗粒的HfO2薄膜,并制备全氧化物ITO/HfOx/ITO夹层结构的器件,具有优异的热稳定和机械柔韧性,显示出高度灵活的电子应用的巨大潜力。在有机材料方面,大家率先提出了通过电场诱导电荷转移、控制有机离子的迁移与掺杂以及含氧基团的吸附和脱附等方法,在有机材料可控构建导电通道、从而获得阻变效应的思路。

  例如,率先开发了氧化石墨阻变材料,实现了阻变电压小于1V、开关比大于、保持时间长于等关键性能指标;开发了具有稳定的多态阻变效应、自整流效应以及优异的抗疲劳性的聚西佛碱——对甲苯磺酸(PA-TsOH)体系等;不仅如此,研究人员进一步地提出了采用有机——无机杂化材料作为阻变介质,以兼顾存储性能、机械性能和热稳定性能的思路, 在国际上首次实现了基于金属有机框架(MOF)材料的阻变存储器件的全 固态化、薄膜化与柔性化。为探索柔性存储器乃至可穿戴电子设备提供了新思路。

  相关工作作为封面论文发表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、 Mater. Horizons等期刊。

   

  (磁材事业部 刘钢 陈斌 伊晓辉 高双 李润伟)

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