華東理工發(fā)現(xiàn)石墨烯預(yù)延長信息存儲(chǔ)器大限
很多人都知道，摩爾定律揭示了信息技術(shù)神話一樣的發(fā)展速度；但很多人不知道的是，2018年，以硅基材料為基礎(chǔ)的信息存儲(chǔ)技術(shù)將面臨發(fā)展“大限”。華東理工大學(xué)特聘教授陳彧帶領(lǐng)的課題組最近發(fā)現(xiàn)，石墨烯材料能有效拓展信息存儲(chǔ)空間，從而在以石墨烯為基礎(chǔ)的新型有機(jī)高分子信息存儲(chǔ)材料研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。研究成果日前在線發(fā)表于最新一期的《英國皇家化學(xué)會(huì)評(píng)論》雜志。
信息存儲(chǔ)器的發(fā)展，在很長一段時(shí)間內(nèi)都遵循摩爾定律，即在價(jià)格不變的情況下，每隔18個(gè)月，集成電路中可容納的晶體管數(shù)量及其性能便會(huì)提升一倍。自2000年以來，為滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度和存取速度日益增高的需求，微電子工業(yè)已將構(gòu)成芯片的存儲(chǔ)元件的尺寸從130納米減小至目前的45納米。到2018年，硅基半導(dǎo)體將達(dá)到16納米的物理極限。
陳彧介紹說，超出這個(gè)極限，晶體管會(huì)發(fā)生漏電，集成電路里相鄰存儲(chǔ)單元間也會(huì)相互影響，存儲(chǔ)器件的可靠性和穩(wěn)定性都將大受影響。此外，硅基器件制備存在設(shè)備昂貴、光刻工藝和周邊集成電路復(fù)雜、二維存儲(chǔ)密度有限等問題。
“當(dāng)我們從‘微電子’時(shí)代步入‘納電子’時(shí)代，在開發(fā)下一代存儲(chǔ)技術(shù)時(shí)，需要引進(jìn)全新的概念、材料和技術(shù)，新材料始終是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)注的重點(diǎn)。”陳彧表示。
陳彧告訴《中國科學(xué)報(bào)》，以高分子材料制備阻變存儲(chǔ)器件，為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。與硅基材料相比，高分子材料有明顯優(yōu)勢(shì)，它容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲(chǔ)密度高，可以三維堆積，甚至可大面積“刷涂”在玻璃、塑料和集成電路上，還能根據(jù)需要對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心剪裁，調(diào)控材料和相應(yīng)器件的存儲(chǔ)性能。
不過，高分子材料要?jiǎng)偃巫枳兇鎯?chǔ)器件的角色，必須具有可用來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼和數(shù)字信息存儲(chǔ)的電雙穩(wěn)特征。簡(jiǎn)單地說，就是當(dāng)在材料薄膜兩邊施加一個(gè)足夠大的外電壓時(shí)，器件可由低導(dǎo)電狀態(tài)（OFF）轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔?dǎo)電狀態(tài)（ON）。如果撤銷外電場(chǎng)后還可繼續(xù)穩(wěn)定地保持OFF或ON態(tài)，說明器件有記憶性能，有望成為存儲(chǔ)器件。如果通過外界刺激能將器件從ON態(tài)恢復(fù)到OFF態(tài)，則器件具有可擦寫性。
“這里的OFF態(tài)和ON態(tài)相當(dāng)于二進(jìn)制系統(tǒng)中的‘0’態(tài)和‘1’態(tài)，外加電信號(hào)相當(dāng)于對(duì)信息的寫、讀或者擦除等操作。”陳彧表示。
為達(dá)到這些目標(biāo)，在過去3年里，陳彧課題組以石墨烯及其衍生物為構(gòu)筑單元，先后創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制備了一系列具有可擦寫存儲(chǔ)或一次寫入多次讀出功能的新型功能高分子信息存儲(chǔ)材料，提出了“納米預(yù)自組裝”方法制備存儲(chǔ)器件和提高器件穩(wěn)定性的新思路，在《先進(jìn)材料》、《美國化學(xué)會(huì)志》等期刊上發(fā)表論文16篇，研發(fā)的新型存儲(chǔ)材料在啟動(dòng)電壓、開關(guān)比、熱穩(wěn)定性、維持時(shí)間、讀寫循環(huán)、存儲(chǔ)密度等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上有所突破，部分指標(biāo)接近或達(dá)到實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的需求。
