中科大基於鐵電隧道結量子隧穿效應實現了亞納秒超快原型存儲器

2020-12-03 儀器網

存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存存儲器是用來存儲程序和數據的部件。有了存儲器，算有了記憶功能，才能保證正常的工作。那麼，構成存儲器的存儲介質是什麼呢？目前主要採用的存儲器存儲介質為半導體器件和磁性材料。

中國科大李曉光團隊力於鐵性隧道結信息存儲原型器件研究，該團隊基於鐵電隧道結量子隧穿效應，實現了具有亞納秒信息寫入速度的超快原型存儲器。

該原型存儲器信息寫入速度快至600ps，即使在極端高溫(225℃)環境下仍能進行信息的寫入，可實現高溫緊急情況備用。該存儲器還由於鐵電隧穿層中疇的可連續翻轉特性能實現電阻的連續調節，而且這一憶阻特性可用於構建超快的人工突觸器件，從而用於開發超快人工神經網絡存算一體系統。

憶阻器

全稱記憶電阻器。它是表示磁通與電荷關係的電路器件。憶阻具有電阻的量綱，但和電阻不同的是，憶阻的阻值是由流經它的電荷確定。因此，通過測定憶阻的阻值，便可知道流經它的電荷量，從而有記憶電荷的作用。1971年，蔡少棠從邏輯和公理的觀點指出，自然界應該還存在一個電路元件，它表示磁通與電荷的關係。2008年，惠普公司的研究人員首次做出納米憶阻器件，掀起憶阻研究熱潮。

納米憶阻器件的出現，有望實現非易失性隨機存儲器。並且，基於憶阻的隨機存儲器的集成度，功耗，讀寫速度都要比傳統的隨機存儲器優越。此外，憶阻是硬體實現人工神經網絡突觸的最好方式。由於憶阻的非線性性質，可以產生混沌電路，從而在保密通信中也有很多應用。憶阻器是一種有記憶功能的非線性電阻。通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為「1」，低阻值定義為「0」，則這種電阻就可以實現存儲數據的功能。實際上就是一個有記憶功能的非線性電阻器。

量子隧穿效應

在量子力學裡，量子隧穿效應指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量。在經典力學裡，這是不可能發生的，但使用量子力學理論卻可以給出合理解釋。

量子隧穿效應屬於量子力學的研究領域，量子力學研究在量子尺度所發生的事件。設想一個運動中的粒子遭遇到一個位勢壘，試圖從位勢壘的一邊（區域 A）移動到另一邊（區域 C），這可以被類比為一個圓球試圖滾動過一座小山。量子力學與經典力學對於這問題給出不同的解答。經典力學預測，假若粒子所具有的能量低於位勢壘的位勢，則這粒子絕對無法從區域 A移動到區域 C。量子力學不同地預測，這粒子可以概率性地從區域 A穿越到區域 C。

偶對稱量子態與奇對稱量子態會因量子疊加形成非定常波包，其會從其中一個阱穿越過中間障礙到另外一個阱，然後又穿越回來，這樣往往返返的震蕩。洪德定量給出震蕩周期與位勢壘的高度、寬度之間的關係。

什麼是鐵電隧道結

鐵電隧道結是一種具有量子隧穿效應和電致電阻效應的新型隧道結。從鐵電隧道結的基本理論出發，針對勢壘層和電極材料選取的角度詳細介紹了鐵電隧道結的研究成果，揭示了材料選取對隧道結中鐵電性保持的重要影響，含鉛的鈣鈦礦型氧化物作為鐵電勢壘層是目前研究的重點。

鐵電隧道結的研究正向著無鉛材料及多鐵隧道結方向發展。最後討論了鐵電隧道作為存儲器單元應用的可能性與優點。如果界面層是鐵電死層, 且極化方向指向中心勢壘, 那麼界面極化越大則TER效應越明顯, 進一步研究發現當界面的介電常數較低時, 電致隧穿電阻效應會比對應不考慮界面的鐵電隧道結的TER高出一個數量級。

新聞來源：中科大、百度

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