《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于一種新型半導(dǎo)體材料的電阻式存儲(chǔ)器

2017-01-06

全球頂級(jí)研究人員匯聚三藩市,參加IEEE國(guó)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(guò)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(shuō),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(guò)。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(guò)電子流。

過(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(shuō)。

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^(guò)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(lái)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(shuō)。


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