基于Au/YIG/n-Si异质结的亚纳秒、多态、非易失阻变存储器原型

大数据、云计算、物联网等技术的发展对海量信息的快速存储和处理提出了越来越高的需求。然而,目前计算机系统普遍使用的硬盘和闪存等非易失存储器的操作速度缓慢,与高速运转的CPU间存在一个难以克服的“存储墙”,无法满足快速信息存储这一要求。因此,人们致力于探索和开发新的存储原理,从而获得可以媲美CPU运算速度(亚纳秒量级)的非易失高密度存储器。阻变式存储器(RRAM)因具有结构简单、高密度、快速读写、与CMOS工艺兼容等优点,有望用于开发具有超快特性的新一代非易失存储器。

近期,中国科学技术大学李晓光教授和殷月伟教授课题组在n型硅(n-Si)衬底上制备了基于钇铁石榴石(YIG)薄膜的阻变式存储器。研究者发现该Au/YIG/n-Si阻变器件表现出具有亚纳秒量级(~ 540 ps)的超快写入速度和高电阻开关比(~ 104)的单极性(Unipolar)电阻转变行为。不同电阻状态下YIG表面的X射线光电子能谱分析(XPS)证实氧空位在导电细丝形成中起到了重要作用。值得注意的是,该器件在85℃下仍然能保持亚纳秒级别(~ 540 ps)的操作速度和近103的电阻开关比。此外,研究者还通过设置不同的电流限制,使器件稳定并可重复地设置到5个不同的阻态;且其超快、多阻态调控表现出良好的均一性。该研究结果突显了阻变式存储器在超快、高密度、非易失信息存储中的应用潜质,将为克服“存储墙”问题提供一种可能的解决方案。

相关论文以“Ultrafast Multilevel Switching in Au/YIG/n-Si RRAM”为题发表于Advanced Electronic Materials (DOI: 10.1002/aelm.201800418)上,第一作者为中国科学技术大学的博士生陈志伟。

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