科學家提出一種單質新原理開關器件 為海量三維存儲芯片提供新方案
中國科學院上海微系統與信息技術研究所宋志棠、朱敏研究團隊在集成電路存儲器研究領域獲重大進展，成功研制出一種單質新原理開關器件，為海量三維存儲芯片提供了新方案。這項研究成果12月10日發表于《科學》。
集成電路是我國的戰略性、基礎性和先導性產業，其中存儲芯片是集成電路的三大芯片之一，直接關系到國家的信息安全。然而，現有主流存儲器—內存（DRAM）和閃存（Flash），不能兼具高速與高密度特性，難以滿足指數型增長的數據存儲需要，急需發展下一代海量高速存儲技術。三維相變存儲器（PCRAM）是目前成熟的新型存儲技術，其核心是兩端開關單元和存儲單元，然而，商用的開關單元組分復雜，通常含有毒性元素，嚴重制約了三維相變存儲器在納米尺度的微縮以及存儲密度的進一步提升。
針對以上問題，宋志棠、朱敏與合作者提出了一種單質新原理開關器件，該器件通過單質Te與電極產生的高肖特基勢壘降低了器件在關態的漏電流（亞微安量級）；利用單質Te晶態（半導體）到液態（類金屬）納秒級高速轉變，并產生類金屬導通的大開態電流（亞毫安量級），驅動相變存儲單元。單質Te開關器件基于晶態—液態新型開關機理，與傳統晶體管等完全不同，是集成電路全新開關器件。單質Te具有原子級組分均一性，能與TiN形成完美界面，使二端器件具有一致性與穩定性，并可極度微縮，為海量三維存儲芯片提供了新方案。
單質Te開關器件結構與性能（課題組供圖）
據悉，該單質新原理器件為我國首次發明，具有完全的自主權，打破了國外Intel等公司的專利壁壘，為我國自主高密度三維存儲器的研發奠定了堅實的基礎。
意大利國家研究委員會微電子和微系統所Raffaella Calarco教授同期在《科學》雜志上發表評論文章，高度評價這項工作：“沈等人取得的成果是前所未有的，為實現晶態單質開關器件提供了穩健的方法，此單質開關為3D Xpoint架構提供了新的視角”。
上海微系統與信息技術研究所博士生沈佳斌、賈淑靜為共同第一作者，宋志棠研究員、朱敏研究員為通訊作者，中科院上海微系統所為第一完成單位和唯一通信單位。
據悉，該研究工作還得到復旦大學劉琦教授、劍橋大學Stephen R. Elliott教授、日本群馬大學Tamihiro Gotoh教授、德國亞琛工業大學Richard Dronskowski教授、賽默飛世爾科技中國有限公司史楠楠和葛青親博士的大力支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abi6332
