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科學家實現相變材料空洞缺陷“自我修復” 成功研發新型可自愈封閉型相變存儲器


耶魯大學和IBM華生研究中心的研究人員一直在新型相變存儲器研發領域開展合作,目標是使具有潛在革命性的相變存儲技術更具實用性和可行性。


近年來,相變存儲器技術作為一種能改變游戲規則的新興技術,逐漸成為替代計算機隨機存取存儲器的潛在選擇。相變存儲芯片利用熱使材料的相態從非晶型變成晶型,具有速度快、功耗低、尺寸小等特點,使更小、更強的計算系統研發成為可能。然而,相變存儲器由于在質量一致性和耐久性等方面的挑戰,一直無法實現大規模量產。


耶魯大學和IBM的研究人員認為準確理解器件的相變行為是消除障礙、解決相變存儲器實用性問題的關鍵。近期,他們利用耶魯大學納米科學和量子工程研究所(YINQE)的原位透射電子顯微鏡對相變存儲器的相變過程進行了觀察和研究,并找到了如何實現相變材料空洞缺陷“自我修復”的方法,成功研發出了新型可自愈封閉型相變存儲器。該研究成果已發表在頂級期刊《先進材料》上。存儲器相變材料的空洞缺陷是由于化學分離所導致的材料損耗所留下的納米尺度的缺陷空間,是引起相變存儲器實用性問題的罪魁禍首。


標準的相變存儲器具有類似蘑菇的傘狀結構,耶魯-IBM研究團隊將新型相變存儲器結構改為由金屬層包圍的封閉式倒錐狀結構以增強器件的穩定性和耐久性。外襯的金屬層對相變材料起到了保護的作用,并可以較小相變存儲器的電阻漂移,改善器件的整體性能。


通過透射電鏡觀察相變過程,研究人員看到了改變器件結構和增加金屬外襯層后,相變存儲器獲得自修復特性的效果,這使得鍺-銻-碲(GST)材料的相變過程更加的可控。


研究人員透露,下一步還將開發一種雙極運行模式,以改變電壓的方向,從而控制化學分離過程。在正常的運行模式下,器件電壓偏置的方向總是相同的。下一步目標的實現將有望進一步延長相變存儲器的生命周期。


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