集成電路，俗稱“芯片”，是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，被譽(yù)為國(guó)家的工業(yè)糧食。而存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)信息的主要載體，占集成電路市場(chǎng)的四分之一，我國(guó)存儲(chǔ)器市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的一半，但缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和人才，導(dǎo)致高密度、大容量存儲(chǔ)器完全依賴進(jìn)口。這給我國(guó)的信息安全帶來了極大的隱患。 
      由IBM電子工程師出身的黃漢森教授(H. S. Philip Wong)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在深入研究一種新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。對(duì)于智能手機(jī)和其他電子移動(dòng)設(shè)備而言，高效節(jié)能是用戶選擇的最關(guān)鍵的一點(diǎn)的，因此這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)將是這些設(shè)備的理想選擇。
    這種新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)品稱為阻變存儲(chǔ)器，縮寫為RRAM。阻變存儲(chǔ)器基于一種新型半導(dǎo)體材料，此種半導(dǎo)體材料能夠以阻止或允許通過電子流的方式，形成狀態(tài)值“0”和“1”。阻變存儲(chǔ)器具有硅材料不具備的應(yīng)用潛力，比如：以新的三維體，層疊在計(jì)算機(jī)晶體管頂部，形成“高層芯片”，將獲得比目前的電子芯片更快的處理速度和更高的能效。
      但是，盡管工程師們可以觀察到阻變存儲(chǔ)器確實(shí)能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，卻并不知道這種新材料的具體工作原理。“在我們預(yù)期制造出可靠設(shè)備之前，我們還需要掌握有關(guān)阻變存儲(chǔ)器更多基本工作原理和精確信息。”黃教授說。
      斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究生姜子臻對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了解釋。她說，阻變存儲(chǔ)器材料是絕緣體，其在正常狀態(tài)下不允許電流通過。但是，在某些情況下，可以對(duì)絕緣體進(jìn)行誘導(dǎo)，使其允許通過電子流。過去的研究已經(jīng)表明，以電場(chǎng)震蕩阻變存儲(chǔ)器材料，可以導(dǎo)致形成一個(gè)允許電子流通過的路徑。該路徑被稱為導(dǎo)電細(xì)絲。為了阻斷導(dǎo)電細(xì)絲，研究人員應(yīng)用了另一個(gè)震蕩，使材料重新成為絕緣體。所以，每個(gè)震蕩可以將阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)值從“0”切換至“1”，或者相反，從而使這種材料可應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
     但是，在阻變存儲(chǔ)器的狀態(tài)切換過程中，電力并不是唯一的作用力。泵浦電子進(jìn)入任何材料均會(huì)提高其溫度。這正是電爐的原理。就阻變存儲(chǔ)器來說，則是以對(duì)材料施加電壓的方式提高其溫度，從而形成或阻斷導(dǎo)電細(xì)絲。但問題是應(yīng)該應(yīng)用何種電壓/溫度狀態(tài)呢？以前，斯坦福大學(xué)的新研究人員認(rèn)為，開關(guān)點(diǎn)是足以產(chǎn)生大約1160華氏度高溫的短脈沖電壓，其熱度足以將鋁融化。不過，這只是估計(jì)，因?yàn)椴]有辦法測(cè)量電震蕩產(chǎn)生的熱量。
“為了解答這個(gè)問題，我們不得不分別研究電壓和溫度對(duì)形成導(dǎo)電細(xì)絲的影響，”團(tuán)隊(duì)的另一位研究生王子文（音譯）說。斯坦福大學(xué)的研究人員必須在不使用電場(chǎng)的條件下加熱阻變存儲(chǔ)器材料，所以他們將阻變存儲(chǔ)器芯片放在一個(gè)微加熱臺(tái)（MTS）裝置上。這是一種復(fù)雜的熱板，能夠在材料內(nèi)部產(chǎn)生廣泛的溫度變幅。當(dāng)然，其目的并非只是加熱材料，而且還要測(cè)量如何形成導(dǎo)電細(xì)絲。為此，他們利用了阻變存儲(chǔ)器材料在其自然狀態(tài)下是絕緣體，這使其狀態(tài)值為“0”；而一旦形成導(dǎo)電細(xì)絲，電子就會(huì)流動(dòng)，研究人員可以檢測(cè)到其狀態(tài)值由“0”變?yōu)?ldquo;1”。
     利用該科學(xué)原理，研究團(tuán)隊(duì)將阻變存儲(chǔ)芯片放在微加熱臺(tái)（MTS）裝置上上進(jìn)行加熱，起始溫度約為80華氏度——差不多是一個(gè)溫暖房間的溫度，然后一直加熱至1520華氏度，此時(shí)熱度足以融化銀幣。研究人員在這兩個(gè)極端溫度范圍內(nèi)對(duì)阻變存儲(chǔ)器加熱，并精確測(cè)量阻變存儲(chǔ)器是否以及如何從其自然狀態(tài)值“0”切換至狀態(tài)值“1”。
    研究人員驚喜地觀察到，當(dāng)環(huán)境溫度處于80華氏度與260華氏度之間時(shí)，能夠更有效地形成導(dǎo)電細(xì)絲。260華氏度略高于沸水溫度，這顯然不同于之前認(rèn)為越熱越好的猜測(cè)。若在后續(xù)研究中證實(shí)這點(diǎn)，這將是個(gè)好消息，因?yàn)榭梢酝ㄟ^電壓和電震蕩持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)工作芯片開關(guān)溫度。在較低溫度下實(shí)現(xiàn)有效切換，意味著耗電更少，這將使得阻變存儲(chǔ)器更節(jié)能。因此，當(dāng)其用來作為移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)存時(shí)，將延長(zhǎng)電池壽命。
    雖然將阻變存儲(chǔ)器投入實(shí)際使用依舊任重道遠(yuǎn)，然而，此項(xiàng)研究提供了系統(tǒng)甄別不同條件的試驗(yàn)基礎(chǔ)，而不是依賴臧否參半的主觀臆斷。
   “現(xiàn)在，我們能夠以預(yù)測(cè)方式使用電壓和溫度作為設(shè)計(jì)輸入，這將使我們能夠設(shè)計(jì)更好的內(nèi)存設(shè)備，”黃教授說。

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