@ 2015.10.15 , 23:00
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原来忆阻器的工作方式跟我们想象的不一样

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什么会取代闪存?惠普、Intel、三星等几家公司的研发部门认为答案可能是忆阻器(又称电阻RAM、ReRAM、或RRAM)。这些器件因为使用能量少、速度很快、而且不需通电就能保持数据,有机会能取代非易失性存储器王者。然而新的研究表明,它们的工作方式和我们原以为的很不一样。

忆阻器如何工作的基础是一种称作“不完美点接触”的机制,这在任何人建造出可工作器件以前很久的1971年就被预测了。当电压被施加到一个忆阻器单元上,它会降低器件的电阻,这种电阻变化可以通过施加另一个较小的电压读出。通过施加反向的电压,该器件的电阻被回复到初始值,存储信息即被擦除。

在过去的十年里,研究者们已经产生了两种有商业前景的忆阻器类型:电化学金属化存储器(ECM)单元,和价态变化机制存储器(VCM)单元。

在ECM单元中有一个铜电极(称为活性电极),铜原子被“写入”电压氧化——其电子被剥离,由此产生的铜离子通过固体电解质向铂电极迁移,当它们抵达铂时就得回电子,其它铜离子到达并堆积,最终形成连接两个电极的纯金属丝,从而降低器件电阻。

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在VCM单元中,“写入”电压产生带负电荷的氧离子和带正电荷的金属离子,从理论上讲,氧离子被带出固体电解质,有助于在两极间形成半导体材料的细丝。

现在由位于德国于利希的彼得·格伦伯格研究所Ilia Valov领导的国际研究团队在《自然纳米技术》和《先进材料》上报告,他们已经鉴别出消除ECM与VCM单元之间许多区别的新过程。

Valov和德国、日本、韩国、希腊和美国的同事们最初研究有氧化钽电解质和活性钽电极的忆阻器。“我们的研究表明这两种开关机制事实上能被桥接,并没有如我们曾相信的纯粹的氧化开关类型,而且来自活跃电极的金属正离子是能移动,” Valov解释道。

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“在VCM忆阻器中已经知道,移动的种类是氧离子(带负电荷)和氧空穴(带正电荷)。氧离子和空穴两者是耦合的,”他说道,“氧离子利用空穴移动前进。”因此Valov的团队着手验证金属离子是否也会移动,一种方法始于在钽衬底上沉积的氧化钽薄膜,科学家们用扫描隧道显微镜(STM)针尖在氧化物上创建细丝来模仿真实钽忆阻器内部的行为。“我们在STM针尖上施加一个电压并在薄膜和针尖之间的真空间隙中观察到一个小金属细丝形成,只有正钽离子能移动才会产生这种金属细丝。”

在另一项实验中,研究者们在一个忆阻器单元中放置一层无定形碳以阻止氧离子在钽电极和氧化钽电解质之间移动。

通过这个界面改变,研究者们发现了金属导电材料的电气特性——正是你对经典ECM单元所期望的,Valov说。他补充说,在把研究提交给《自然纳米技术》后,他们已进行了用石墨烯替换无定形碳阻止氧离子的类似实验。未来的实验将包括不同材料层和不同厚度的电解质,看它们对这些薄膜如何反应。研究移动金属阳离子的作用以及它们在VCM亿阻器中可能的控制将会需要该研究。对于所有涉及机制的更好更详细的理解通常会导致更好的器件,Valov总结道。

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 26+1

  1. 赶到合适的
    @2 years ago
    2959887

    啊啊啊啊啊啊啊啊啊

  2. 2959891

    忆阻器阵列会发展出自我意识吗?以上是我瞎说的.BTW,HP说好的商用忆阻器呢?

  3. wjking512
    @2 years ago
    2959893

    如果和现阶段的存储机制相比没有一个数量级的飞跃的话,那还是谨慎一些比较好,因为人都有惯性和惰性.比如去年夏天的全球性ip地址溢出就是个例子. 现在市面上容易买到的最快速的SD卡每秒写入速度貌似是三四百兆吧. 商业化还要考虑到价格和功耗问题.

  4. cesium
    @2 years ago
    2959897

    我……应该想象不出来忆阻器是怎么工作的……

    [20] XX [1] 回复 [0]
  5. 一一
    @2 years ago
    2959900

    @…ˊ_>ˋ#?j€£€^<~}%*!,~%?|~%€€<<看完本文的感觉

    [13] XX [0] 回复 [0]
  6. 菜鸟
    @2 years ago
    2959906

    看了一下忆阻器的百科,如果还能控制好成本,那这东西就是计算机的未来啊

  7. loooser
    @2 years ago
    2959908

    感觉自己是只猴子…

    [15] XX [0] 回复 [0]
  8. Campanella
    @2 years ago
    2959915

    忆阻器是如何交配的?

  9. 末晨
    @2 years ago
    2959925

    表示不懂→→

  10. 卖片了卖片了
    @2 years ago
    2959927

    如果我觉得我看懂了,那一定是没看懂,拿去当英语阅读妥妥的。

  11. chaobiesan
    @2 years ago
    2959947

    最后那张图好好吃的样子

  12. 机翻魔王丢某
    @2 years ago
    2959959

    原来翻译的工作方式和我们想的不一样?!

    从“他们已经鉴别出消除ECM与VCM单元之间许多区别的新过程”到原文“they have identified new processes that erase many of the differences between EMC and VCM cells”之间,似乎句子的结构和我能理解的形式完全不同呢!怎么说呢?

    这翻译太NB实在的!

  13. 2959966

    5年之内基本不用指望RRAM

  14. 胡说八道
    @2 years ago
    2959977

    可怕的不是不懂
    而是不懂装懂

    更可怕的不是不懂装懂
    而是不懂装懂还要相信自己懂

    最可怕的是不懂装懂
    自己相信自己懂
    还要强行教别人

  15. 哈佛教授
    @2 years ago
    2959978

    这就是我讨厌化学的原因

  16. 画个圈圈
    @2 years ago
    2959979

    @哈佛教授:
    明明就是物理~~ o(︶︿︶)o 唉

  17. 2960001

    完全看不懂,感觉跟机器翻译一样太生硬了。翻译不好的话还是不要翻这种类型的文章了,读不通顺很难受

  18. wakato
    @2 years ago
    2960090

    记得有个笑话,看着看着电影,突然翻译的字幕只写着“其实我没听懂,以上都是我编的。”

  19. 2960101

    还不如好一点的本科毕设的外文资料翻译,还有什么自然纳米技术和先进材料,不就是Nature Nanotechnology和Advanced Materials么..

  20. 机翻魔王丢某
    @2 years ago
    2960134

    @lolo: 这个小编很神哒。这个文章里面http://jandan.net/2015/09/18/building-hypersonic-airliner.html 为了追求“翻译精准度”于是carnal必须翻译成肉欲的。按王小编的意思造句大概就像:“我很喜欢吃xx菜,这个菜吃起来是极其[划掉]美味[划掉]肉欲的”

  21. Campanella
    @2 years ago
    2960276

    忆阻器是如何交配的?

  22. 称呼太长
    @2 years ago
    2960433

    一种技术革命和技术爆炸又要发生的气息。

  23. 雨纷飞
    @2 years ago
    2960472

    @wjking512: 现在NAND遇到瓶颈了。制程提高导致氧化层变薄而读写次数降低,已经快到了不可接受的程度。提高容量只能靠3D堆叠,但导致了成本增加和良率降低。所以必须转变研究方向啦。

    14NM QLC,300次擦写次数哈哈哈。

  24. Enycin
    @2 years ago
    2960673

    以前搞过Tunnel magnetoresistance现在还不是当了码农。。

  25. 2960751

    @Enycin: 以前我是做carbon nanotube 和graphene的
    现在也做了码农

  26. 淡蓝色的火
    @1 year ago
    3198253

    的确翻译的有点磕绊。。。 然而,还行吧
    btw,这个东西搞到什么程度了?啥时候机器人反攻啊?

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