信息存儲器的發展,在很長一段時間內都遵循摩爾定律,即在價格不變的情況下,每隔18個月,集成電路中可容納的晶體管數量及其性能便會提升一倍。自2000年以來,為滿足人們對數據存儲密度和存取速度日益增高的需求,微電子工業已將構成芯片的存儲元件的尺寸從130納米減小至目前的45納米。到2018年,硅基半導體將達到16納米的物理極限。
陳彧介紹說,超出這個極限,晶體管會發生漏電,集成電路里相鄰存儲單元間也會相互影響,存儲器件的可靠性和穩定性都將大受影響。此外,硅基器件制備存在設備昂貴、光刻工藝和周邊集成電路復雜、二維存儲密度有限等問題。
“當我們從‘微電子’時代步入‘納電子’時代,在開發下一代存儲技術時,需要引進全新的概念、材料和技術,新材料始終是現代電子工業的基礎和關注的重點。”陳彧表示。
陳彧告訴《中國科學報》,以高分子材料制備阻變存儲器件,為超大規模集成電路的發展提供了一個新的思路。與硅基材料相比,高分子材料有明顯優勢,它容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲密度高,可以三維堆積,甚至可大面積“刷涂”在玻璃、塑料和集成電路上,還能根據需要對分子結構進行精心剪裁,調控材料和相應器件的存儲性能。
不過,高分子材料要勝任阻變存儲器件的角色,必須具有可用來實現二進制編碼和數字信息存儲的電雙穩特征。簡單地說,就是當在材料薄膜兩邊施加一個足夠大的外電壓時,器件可由低導電狀態(OFF)轉變為高導電狀態(ON)。如果撤銷外電場后還可繼續穩定地保持OFF或ON態,說明器件有記憶性能,有望成為存儲器件。如果通過外界刺激能將器件從ON態恢復到OFF態,則器件具有可擦寫性。
“這里的OFF態和ON態相當于二進制系統中的‘0’態和‘1’態,外加電信號相當于對信息的寫、讀或者擦除等操作。”陳彧表示。
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