集成電路,俗稱(chēng)“芯片”,是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心,被譽(yù)為國(guó)家的工業(yè)糧食。而存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)信息的主要載體,占集成電路市場(chǎng)的四分之一,我國(guó)存儲(chǔ)器市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的一半,但缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和人才,導(dǎo)致高密度、大容量存儲(chǔ)器完全依賴(lài)進(jìn)口。這給我國(guó)的信息安全帶來(lái)了極大的隱患。
由IBM電子工程師出身的黃漢森教授(H. S. Philip Wong)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì),在深入研究一種新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。對(duì)于智能手機(jī)和其他電子移動(dòng)設(shè)備而言,高效節(jié)能是用戶(hù)選擇的最關(guān)鍵的一點(diǎn)的,因此這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)將是這些設(shè)備的理想選擇。
這種新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)品稱(chēng)為阻變存儲(chǔ)器,縮寫(xiě)為RRAM。阻變存儲(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”。阻變存儲(chǔ)器具有硅材料不具備的應(yīng)用潛力,比如:以新的三維體,層疊在計(jì)算機(jī)晶體管頂部,形成“高層芯片”,將獲得比目前的電子芯片更快的處理速度和更高的能效。
但是,盡管工程師們可以觀察到阻變存儲(chǔ)器確實(shí)能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù),卻并不知道這種新材料的具體工作原理。“在我們預(yù)期制造出可靠設(shè)備之前,我們還需要掌握有關(guān)阻變存儲(chǔ)器更多基本工作原理和精確信息。”黃教授說(shuō)。
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),阻變存儲(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)去的研究已經(jīng)表明,以電場(chǎng)震蕩阻變存儲(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(chēng)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。所以,每個(gè)震蕩可以將阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)值從“0”切換至“1”,或者相反,從而使這種材料可應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
但是,在阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)切換過(guò)程中,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。就阻變存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō),則是以對(duì)材料施加電壓的方式提高其溫度,從而形成或阻斷導(dǎo)電細(xì)絲。但問(wèn)題是應(yīng)該應(yīng)用何種電壓/溫度狀態(tài)呢?以前,斯坦福大學(xué)的新研究人員認(rèn)為,開(kāi)關(guān)點(diǎn)是足以產(chǎn)生大約1160華氏度高溫的短脈沖電壓,其熱度足以將鋁融化。不過(guò),這只是估計(jì),因?yàn)椴](méi)有辦法測(cè)量電震蕩產(chǎn)生的熱量。
“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)的研究人員必須在不使用電場(chǎng)的條件下加熱阻變存儲(chǔ)器材料,所以他們將阻變存儲(chǔ)器芯片放在一個(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。為此,他們利用了阻變存儲(chǔ)器材料在其自然狀態(tài)下是絕緣體,這使其狀態(tài)值為“0”;而一旦形成導(dǎo)電細(xì)絲,電子就會(huì)流動(dòng),研究人員可以檢測(cè)到其狀態(tài)值由“0”變?yōu)?ldquo;1”。
利用該科學(xué)原理,研究團(tuán)隊(duì)將阻變存儲(chǔ)芯片放在微加熱臺(tái)(MTS)裝置上上進(jìn)行加熱,起始溫度約為80華氏度——差不多是一個(gè)溫暖房間的溫度,然后一直加熱至1520華氏度,此時(shí)熱度足以融化銀幣。研究人員在這兩個(gè)極端溫度范圍內(nèi)對(duì)阻變存儲(chǔ)器加熱,并精確測(cè)量阻變存儲(chǔ)器是否以及如何從其自然狀態(tài)值“0”切換至狀態(tài)值“1”。
研究人員驚喜地觀察到,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)。若在后續(xù)研究中證實(shí)這點(diǎn),這將是個(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)工作芯片開(kāi)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,這將使得阻變存儲(chǔ)器更節(jié)能。因此,當(dāng)其用來(lái)作為移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)存時(shí),將延長(zhǎng)電池壽命。
雖然將阻變存儲(chǔ)器投入實(shí)際使用依舊任重道遠(yuǎn),然而,此項(xiàng)研究提供了系統(tǒng)甄別不同條件的試驗(yàn)基礎(chǔ),而不是依賴(lài)臧否參半的主觀臆斷。
“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)更好的內(nèi)存設(shè)備,”黃教授說(shuō)。
深圳市英尚微電子有限公司是一家專(zhuān)業(yè)的靜態(tài)隨機(jī)記憶體產(chǎn)品及方案提供商,十年來(lái)專(zhuān)業(yè)致力代理分銷(xiāo)存儲(chǔ)芯片IC, SRAM、MRAM、pSRAM、 FLASH芯片、SDRAM(DDR1/DDR2/DDR3)等,為客人提供性?xún)r(jià)比更高的產(chǎn)品及方案。
英尚微電子中國(guó)區(qū)指定的授權(quán)代理:VTI、NETSOL、JSC濟(jì)州半導(dǎo)體(EMLSI)、Everspin 、IPSILOG、LYONTEK、ISSI、CYPRESS、ISOCOME、PARAGON、SINOCHIP、UNIIC; 著名半導(dǎo)體品牌的專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)商 如:RAMTROM、ETRON、FUJITSU、LYONTEK、WILLSEMI。
? 更多資訊關(guān)注SRAMSUN. www.henhenlu10.com 0755-66658299