Small Structures:阻变器件综述——性能调控,表征与应用

随着信息技术的快速发展,来物联网、社交网络、自媒体等的海量数据填补了我们日常生活的每一个角落,如何实现对海量数据的高效、实时处理,已成为大数据时代信息处理技术的主要瓶颈之一。在器件层面,传统场效应晶体管的尺寸微缩是过去几十年中计算系统性能提升的主要驱动力,然而晶体管的尺寸微缩已接近其理论物理极限,难以按照“摩尔定律”预测进一步发展。而在计算架构方面,存储与计算分离的传统体系结构也逐渐难以满足高速与低功耗的信息处理需求。因此,新原理信息器件和基于新器件的计算架构变革受到学术界和产业界的广泛关注,成为高能效信息处理技术的重要发展路线之一。

复旦大学芯片与系统前沿技术研究院刘琦教授与之江实验室时拓博士等,聚焦新兴的阻变器件,从材料、器件、性能、表征与应用等方面综述了其最新进展,探讨了大数据背景下,阻变器件在海量数据存储和高能效数据处理应用中的重要方向与应用前景,为未来新型微电子器件的发展提供了借鉴和参考。

阻变器件是一种具有简单的金属-绝缘体-金属结构的新型器件,其电阻可以在外部电刺激下发生改变。电阻转变过程多数来源于纳米级的导电通路形成与断裂,该阻变机制以及阻变过程中器件内部离子与电子耦合的动力学特征使得器件具备独特的性能优势,比如读写速度快,能耗低,可三维集成等,并可在单个器件中实现存储和计算功能,在数据存储,信息处理,信息安全等领域被广泛关注。在这篇综述中,作者首先从工作机理,材料体系,器件结构等方面简要介绍了阻变器件。其次,重点讨论了近年来阻变器件在性能调控、表征技术等方面的研究进展,并分别探讨了阻变器件在信息存储、逻辑计算、神经形态计算、信息安全等方面的重要进展和应用前景。最后指出了阻变器件在实际应用中仍存在的挑战和未来的发展方向。

论文信息:

A Review of Resistive Switching Devices: Performance Improvement, Characterization, and Applications

Tuo Shi, Rui Wang, Zuheng Wu, Yize Sun, Junjie An, Qi Liu*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202000109