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我国学者在超高速相变存储研究方面取得重要进展
日期:2018-01-09 10:55:19稿件来源:国家自然科学基金委员会
      

           

图. (A)相同器件尺寸下SST器件与GST器件写速度与写电压关系曲线对比

(B)SST器件高速结晶化过程示例


  在国家自然科学基金项目(项目编号:61622408、51621063)等资助下,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室饶峰副研究员、宋志棠研究员与西安交通大学金属材料强度国家重点实验室张伟教授、马恩教授合作,在超高速相变存储研究方面取得重要进展。研究成果以Reducing the Stochasticity of Crystal Nucleation to Enable Subnanosecond Memory Writing (降低晶体成核随机性以实现亚纳秒存储)为题于2017年11月9日在Science(《科学》)上发表。论文链接:http://science.sciencemag.org/content/early/ 2017/11/08/science.aao3212。

  为满足大容量信息存储和处理的需求,存储器正朝着更高速度、更高密度、更低功耗和更长寿命方向发展。利用相变材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的新兴相变存储器(PCRAM:Phase Change Random Access Memory)技术被认为是下一代非挥发性存储技术的最佳解决方案之一,有望推动计算体系架构根本性变革。然而非晶态材料的晶核形核过程具有很大随机性,难以调控,是制约PCRAM技术发展的关键科学问题之一。

  饶峰、张伟等人聚焦PCRAM领域,揭示了超快结晶化及超低功耗的微观机理,提出一种全新的超高速相变材料设计方案,通过降低非晶相变薄膜形核的随机性实现超高速亚纳秒级结晶化(写)操作。设计的新型相变材料钪锑碲(SST)合金,利用结构适配且更加稳定的钪碲化学键来加速晶核孕育过程,显著降低形核过程随机性,大幅加快结晶化(写)操作速度。与传统锗锑碲(GST)器件相比,SST器件的操作功耗降低近10倍,且达到0.7纳秒的高速可逆操作,循环寿命大于1E7次。该研究成果对深入理解和调控非晶态材料的形核与生长机制具有重要指导意义,为实现我国自主的通用存储器技术奠定了坚实基础。

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