广告

上海微系统所使用石墨烯纳米带研制出世界上最小尺寸的相变存储单元

2022-08-01 16:43:30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 阅读:
非易失性相变随机存取存储器(PCRAM)被认为是大数据时代新兴海量存储的有希望的候选者之一。然而,相对较高的编程能量阻碍了 PCRAM 中功耗的进一步降低。利用石墨烯的窄边接触可以有效降低每个电池中相变材料的活性体积,从而实现低功耗运行。

当今数据生产呈现爆炸式增长,传统的冯·诺依曼计算架构已成为未来继续提升计算系统性能的主要技术障碍。相变随机存取存储器 (PCRAM)可以结合存储和计算功能,是一条突破冯·诺依曼计算构架瓶颈的理想路径选择。它具有非易失性、编程速度快和循环寿命长等优点。然而,PCRAM中相变材料与加热电极之间的接触面积较大,造成相变存储器操作功耗较高,如何进一步降低功耗成为相变存储器未来发展面临的最大挑战之一。缩小加热电极尺寸是降低功耗的关键。hFzednc

石墨烯纳米带(GNR)是一种准一维的石墨烯纳米结构,其具有超高载流能力(>109 A/cm2),且热稳定性高,可以用作相变存储器的加热电极。hFzednc

中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠研究员与王浩敏研究员组成联合研究团队首次采用GNR边缘接触制备出世界上最小尺寸的相变存储单元器件。研究成果以“通过石墨烯纳米带边界接触实现相变存储器编程功耗最小化(Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact)”为题,2022年7月18日在线发表于《先进科学》(Advanced Science)期刊。hFzednc

联合研究团队采用石墨烯边界作为刀片电极来接触相变材料,可以实现万次以上的循环寿命。当GNR宽度降低至3 nm,其横截面积为1 nm2,RESET电流降低为 0.9 μA,写入能耗低至 ~53.7 fJ。该功耗比目前最先进制程制备的单元器件低近两个数量级,几乎是由碳纳米管裂缝(CNT-gap)保持的原最小功耗世界记录的一半。与此同时,GNR不仅作为加热电极还充当半导体沟道材料,可在2.5 MHz 的时钟频率下实现 D 型触发器的时序逻辑功能。hFzednc

这是国际上首次采用GNR边缘接触实现极限尺寸的高性能相变存储单元,器件尺寸接近相变存储技术的缩放极限,实现了超低功耗、高编程速度、出色的高/低电阻比并且展现出良好稳定性/耐用性。该新型相变存储单元的成功研制代表了 PCRAM 在低功耗下执行逻辑运算的巨大进步,为未来内存计算开辟了新的技术路径。hFzednc

中科院上海微系统与信息技术研究所宋三年研究员和王秀君博士为论文共同第一作者,王浩敏研究员和宋志棠研究员为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科技部国家重点研发计划,中国科学院先导项目、上海市科委等的项目资助。hFzednc

hFzednc

图1. 采用GNR边缘接触制备出世界上最小尺寸的相变存储单元器件(a)相变存储单元结构示意图;(b)功耗与接触面积的关系。hFzednc

hFzednc

图2. 器件循环寿命的偏压极性依赖性。(a)测量设置示意图;(b)~3 nm 宽 GNR 边界电极相变存储单元在不同电压极性下的循环寿命。hFzednc

hFzednc

图3. 基于3nm宽GNR边界电极的D型触发器逻辑功能演示。(a) D型触发器结构示意图;(b)器件处于高/低阻态下的转移特性曲线;(c) 器件循环特性;(d) 基于GNR边界接触的相变存储单元演示D型触发器的逻辑时序。hFzednc

论文链接:Minimizing the Programming Power of Phase Change Memory by Using Graphene Nanoribbon Edge-ContacthFzednc

责编:Demi
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 苹果将终止自研5G基带芯片,仍要继续依赖高通 据报道,苹果将停止内部 5G 调制解调器的开发,并可能继续依赖高通。根据一份新报告,苹果似乎远未实现其目标,因为它已决定停止开发内部 5G 调制解调器。这些报道现阶段尚未得到证实,但多个消息来源报道了类似的情况。
  • 爱立信推出基于“Intel 4”工艺的处理器,甚至领先于英 爱立信在其新闻稿中指出,与上一代相比,新的 RAN 处理器 6672 和无线电处理器 6372 的容量增加了四倍,效率提高了一倍。他们声称,Intel 4上的新处理器的功耗比行业基准低30%到60%。
  • 首款背接触微米光伏电池问世,阴影效应降低95% 加拿大渥太华大学领导的国际科研团队,研制出了全球首款背接触微米光伏电池,相较于普通的光伏电池,这种背接触电池正面无栅线,正负极全部挪到了电池背面,能让太阳能电池板吸收更多太阳光···
  • B站UP主买了一颗国产卫星:微波炉大小,在轨360度拍摄宇宙 B站UP主“影视飓风”11月28日发布了最新一期视频《我们买了一颗国产卫星》。该视频播放量已成为全站排行榜榜首。视频中介绍,影视飓风和Insta360公司共同出资定制了这颗微波炉大小的卫星,装了一枚Insta360全景相机,可拍到卫星和地球的大合影。
  • 如何正确使用以确保舌簧继电器的可靠性? 当在指定的操作参数范围内使用时,舌簧继电器可以执行数百亿次操作,而性能变化很小或没有变化。例如,每天每小时运行 100 次(24 小时周期),大约需要 1141 年才能达到 10 亿次运行的里程碑。增加操作频率不应引起关注,因为要达到每分钟 100 次操作 19 年后才能达到相同的里程碑,而每秒 100 次操作则需要近 4 个月。
  • 龙芯3A6000问世,国产自研CPU最新里程碑 龙芯3A6000采用的是我国自主设计的指令系统和架构,无需依赖任何国外授权技术,是我国自主研发、自主可控的新一代通用处理器,标志着我国自主研发的CPU在自主可控程度和产品性能方面达到新高度,性能达到国际主流产品水平···
  • 苹果Vision Pro即将量产,华为也将推出麒麟芯竞品? 华为其实很早也开始了在XR领域的布局,华为的AR Engine早在汽车、手机等设备上进行了广泛的应用,截至今年十月,AR Engine的安装量已经达到了21亿次,接入的应用数量超过了4100款···
  • 阿里达摩院裁撤量子实验室,将所有仪器设备都捐给浙大 阿里达摩院确认裁撤量子实验室,实验室连带仪器设备,统统捐给浙大;对于相关资源如何开放的具体细则,以及实验室人员是否流动到浙大等问题,目前达摩院方面暂无官方回应。但据知情人士透露,浙大会接受一部分实验室相关人员,核心还是遵照“双向选择,公开竞聘”的原则和流程。
  • 台积电前研发副总裁:华为可在现有DUV设备上制造5纳米芯 被誉为"芯片大师"的台积电前研发副总裁林本坚表示,华为在现有的DUV设备上制造5纳米芯片组是可行的。
  • 超过现有材料四倍,新型碳材料超级电容器创下储能纪录 近日,美国橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员在机器学习的指导下,设计了一种创纪录的碳基超级电容材料,它储存的能量是当前最佳商业材料的4倍···
  • 6分钟充电80%,华中科技大新研究再次突破锂离子电池瓶颈 中国华中科技大学的研究人员最近提出了一种开发含有石墨基材料的快速充电锂电池的新策略。他们提出的电池设计在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中概述,被发现实现10分钟和6分钟可分别充满91.2%和80%的电量,同时也使它们即使在充电数千次后也能保留大部分容量。
  • 模拟人工智能能否通过混合数字计算东山再起? 本文将探讨的是模拟计算这一用例的进展程度,或者其他潜在的应用以及在复兴模拟计算上的努力···
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了