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中國相變存儲(chǔ)器研究再突破，可望具備替代內(nèi)存的潛力

2023-02-02 14:13:18 上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
中國相變存儲(chǔ)器研究再突破，可望具備替代內(nèi)存的潛力

當(dāng)今，電腦系統(tǒng)采用層次化存儲(chǔ)架構(gòu)：緩存、內(nèi)存和閃存。離CPU越近，對(duì)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)速度需求越高，如內(nèi)存的速度為納秒級(jí)別，而緩存則需要皮秒級(jí)別。

作為下一代存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者，相變存儲(chǔ)器的速度決定了其應(yīng)用領(lǐng)域，而相變存儲(chǔ)器速度主要由相變材料的結(jié)晶速度（寫速度）所決定。W0Desmc

研究表明，相變存儲(chǔ)器的熱穩(wěn)定性越差，結(jié)晶速度越快，而單質(zhì)銻（Sb）是目前已知熱穩(wěn)定性最差的相變材料，可能具有最快的操作速度。W0Desmc

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠和朱敏研究團(tuán)隊(duì)等通過分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)單質(zhì)銻能夠在120 ps內(nèi)從非晶結(jié)構(gòu)中成核并進(jìn)一步完全結(jié)晶。W0Desmc

通過制備200 nm、120 nm和60 nm T型下電級(jí)器件的單質(zhì)銻相變存儲(chǔ)器件，研究發(fā)現(xiàn)隨著器件尺寸減小，單質(zhì)銻相變存儲(chǔ)器的速度越快。200 nm單質(zhì)銻器件最快的寫速度為359 ps（見圖1），當(dāng)器件尺寸微縮至60 nm時(shí)，寫速度為~242 ps, 比傳統(tǒng)Ge2Sb2Te5的快近100倍（20 ns）。W0Desmc

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不同尺寸單質(zhì)銻相變存儲(chǔ)器的（A）器件結(jié)構(gòu)和（B）寫操作速度 圖源：上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所W0Desmc

通過與已報(bào)道的相變存儲(chǔ)器的速度對(duì)比（見圖2），單質(zhì)Sb器件的速度明顯快于傳統(tǒng)Sb-Te、Ge-Te以及 Ge-Sb-Te基相變存儲(chǔ)器，其~242 ps的操作速度是目前相變存儲(chǔ)器速度的極限。W0Desmc

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單質(zhì)銻相變存儲(chǔ)器操作速度與已報(bào)道相變存儲(chǔ)器件的對(duì)比W0Desmc

此結(jié)果表明，通過選擇合適的相變材料，相變存儲(chǔ)器有望具備替代內(nèi)存甚至緩存的潛力。W0Desmc

責(zé)編：Elaine

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