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中華民國台灣半導體產業協會

兆易創新於國際記憶體技術會議發表論文

  • 朱雅琳

全球頂級研究人員匯聚三藩市,參加IEEE國際電子元件會議(IEDM)。斯坦福大學團隊在會議上發表的一篇論文,正是這種洞察細節精神的體現。

由IBM電子工程師出身的黃漢森教授(H. S. Philip Wong)指導該團隊,在深入研究一種新型資料儲存技術。對於智慧手機和其他移動設備而言,高效節能是至關重要的,因此此種資料存儲技術將是這些設備的理想選擇。

這種新技術產品稱為電阻式記憶體,縮寫為RRAM。電阻式記憶體基於一種新型半導體材料,此種半導體材料能夠以阻止或允許通過電子流的方式,形成狀態值「0」和「1」。

斯坦福大學團隊的研究生姜子臻對相關基礎理論進行了解釋。她說,電阻式記憶體材料是絕緣體,其在正常狀態下不允許電流通過。但是,在某些情況下,可以對絕緣體進行誘導,使其允許通過電子流。

過去以電場震盪電阻式記憶體材料,可以導致形成一個允許電子流通過的路徑。該路徑被稱為導電細絲。

為了阻斷導電細絲,研究人員應用了另一個震盪,使材料重新成為絕緣體。每個震盪可以將電阻式記憶體的狀態值從「0」切換至「1」,或者相反,使材料可應用於資料儲存。

但是電力並不是唯一的作用力,泵浦電子進入任何材料均會提高其溫度。這正是電爐的原理。問題是應該應用何種電壓/溫度狀態呢?「為了解答這個問題,我們不得不分別研究電壓和溫度對形成導電細絲的影響,」團隊的另一位研究生王子文(音譯)說。

斯坦福大學的研究人員必須在根本不使用電場的條件下加熱電阻式記憶體材料,所以他們將電阻式記憶體晶片放在一個微加熱台(MTS)裝置上。

這是一種複雜的熱板,能夠在材料內部產生廣泛的溫度變幅。當然,其目的並非只是加熱材料,而且還要測量如何形成導電細絲。

研究人員觀察到,當環境溫度處於80華氏度與260華氏度之間時,能夠更有效地形成導電細絲。260華氏度略高於沸水溫度,這顯然不同於之前認為越熱越好的猜測。

這在後續研究將是個好消息,因為可以通過電壓和電震盪持續時間實現工作晶片開關溫度。在較低溫度下實現有效切換,意味著耗電更少,這使得電阻式記憶體更節能。

因此,當其用來作為移動設備的記憶體時,將延長電池壽命。「現在,我們能夠以預測方式使用電壓和溫度作為設計輸入,這將使我們能夠設計更好的記憶體設備,」黃教授說。(本文由北京兆易創新提供,記者朱雅琳整理)