中科大基于铁电隧道结量子隧穿效应实现了亚纳秒超快原型存储器

分类：商机 2020-03-27 17:42:39 1153阅读次数

存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存存储器是用来存储程序和数据的部件。有了存储器，算有了记忆功能，才能保证正常的工作。那么，构成存储器的存储介质是什么呢?目前主要采用的存储器存储介质为半导体器件和磁性材料。

中国科大李晓光团队力于铁性隧道结信息存储原型器件研究，该团队基于铁电隧道结量子隧穿效应，实现了具有亚纳秒信息写入速度的超快原型存储器。

该原型存储器信息写入速度快至600ps，即使在极端高温(225℃)环境下仍能进行信息的写入，可实现高温紧急情况备用。该存储器还由于铁电隧穿层中畴的可连续翻转特性能实现电阻的连续调节，而且这一忆阻特性可用于构建超快的人工突触器件，从而用于开发超快人工神经网络存算一体系统。

忆阻器

全称记忆电阻器。它是表示磁通与电荷关系的电路器件。忆阻具有电阻的量纲，但和电阻不同的是，忆阻的阻值是由流经它的电荷确定。因此，通过测定忆阻的阻值，便可知道流经它的电荷量，从而有记忆电荷的作用。1971年，蔡少棠从逻辑和公理的观点指出，自然界应该还存在一个电路元件，它表示磁通与电荷的关系。2008年，惠普公司的研究人员首次做出纳米忆阻器件，掀起忆阻研究热潮。

纳米忆阻器件的出现，有望实现非易失性随机存储器。并且，基于忆阻的随机存储器的集成度，功耗，读写速度都要比传统的随机存储器优越。此外，忆阻是硬件实现人工神经网络突触的Z好方式。由于忆阻的非线性性质，可以产生混沌电路，从而在保密通信中也有很多应用。忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。

量子隧穿效应

在量子力学里，量子隧穿效应指的是，像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为，尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。在经典力学里，这是不可能发生的，但使用量子力学理论却可以给出合理解释。

量子隧穿效应属于量子力学的研究领域，量子力学研究在量子尺度所发生的事件。设想一个运动中的粒子遭遇到一个位势垒，试图从位势垒的一边（区域 A）移动到另一边（区域 C），这可以被类比为一个圆球试图滚动过一座小山。量子力学与经典力学对于这问题给出不同的解答。经典力学预测，假若粒子所具有的能量低于位势垒的位势，则这粒子无法从区域 A移动到区域 C。量子力学不同地预测，这粒子可以概率性地从区域 A穿越到区域 C。

偶对称量子态与奇对称量子态会因量子叠加形成非定常波包，其会从其中一个阱穿越过中间障碍到另外一个阱，然后又穿越回来，这样往往返返的震荡。洪德定量给出震荡周期与位势垒的高度、宽度之间的关系。

什么是铁电隧道结

铁电隧道结是一种具有量子隧穿效应和电致电阻效应的新型隧道结。从铁电隧道结的基本理论出发,针对势垒层和电极材料选取的角度详细介绍了铁电隧道结的研究成果,揭示了材料选取对隧道结中铁电性保持的重要影响,含铅的钙钛矿型氧化物作为铁电势垒层是目前研究的重点。

铁电隧道结的研究正向着无铅材料及多铁隧道结方向发展。讨论了铁电隧道作为存储器单元应用的可能性与优点。如果界面层是铁电死层, 且极化方向指向中心势垒, 那么界面极化越大则TER效应越明显, 进一步研究发现当界面的介电常数较低时, 电致隧穿电阻效应会比对应不考虑界面的铁电隧道结的TER高出一个数量级。

新闻来源：中科大、百度

标签：铁电隧道结忆阻器原型存储器量子隧穿效应

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