作者:计红梅 刘雨晗 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/31 14:32:03
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扬大新型忆阻器破解能耗难题

 

忆阻器是目前存储器类别研究中的前沿课题之一,但是其性能仍然需要进一步提升。近日,扬州大学机械工程学院尹彬沣设计出的新型忆阻器,攻克了现有技术中能耗高的难题,为未来先进集成电路的应用作出了贡献。

“从忆阻器结构上来分析,单层介质层忆阻器的整体电学性能一般比双层或多层介质层忆阻器要差很多,集中体现在器件的开关速度和器件的稳定性方面。其中,阻变介质层在忆阻器电阻转变过程中起到了至关重要的作用。”尹彬沣介绍道,“然而,忆阻器的性能仍然需要进一步提升,因此,如何合理地选择并制备阻变介质层,对提升忆阻器整体的电学性能至关重要。现有技术中制备出的忆阻器,测试过程中需要繁琐的激活过程,器件能耗高。”

针对上述问题,尹彬沣选用了比较致密的纳米级厚度的薄膜作为顶电极、底电极以及介质层的制造材料。其中,底电极选用钛,钛金属具有很好的氧亲和性,能够吸收介质层中的氧原子,并在钛电极与介质层之间形成一层界面层,在器件复位过程中起到缓冲作用,有助于复位过程彻底、快速地完成,同时对提升器件的稳定性及开关速度也有助益。介质层则采用了氧化铪和氧化钛进行交替沉积形成多层膜,且每一层膜的厚度成梯度变化,降低了器件电压,减少了能耗。器件经过在氮气气氛退火处理,提高了器件的开关比,在测试过程中意外发现器件不需要激活过程,大大降低器件操作的繁琐性。

据了解,该新型忆阻器介质层厚度在10纳米尺度以下。因为运用了交替沉积的梯度多层结构设计,介质层得以具有超薄的原子级别厚度。与介质层采用单层、双层、均匀多层相比,采用新型结构设计出的忆阻器解决了类似器件不能同时满足低功耗、高密度存储、自钳位、免激活等功能的难题,有利于降低能耗、提高存储密度,且便于未来先进集成电路的应用。

据悉,目前该项目已申请了三项发明专利。尹彬沣及其团队在完成了忆阻器纳米器件的加工制备后,正尝试将之应用于生物医学工程等前沿交叉学科应用领域。

 
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