【嘉德點評】憶阻器的發展是半導體行業的一大革新，在現有AI和5G發展的大趨勢下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發揮出來，而憶阻器與存算一體技術則是目前最好的方案。
集微網消息，近年來，華為逐漸布局憶阻器晶片領域，利用憶阻器的工作特性將普通信號轉換成可控電壓電流，從而在物理上模仿神經元與神經突觸的運作，將儲存、計算功能合二為一，降低同類晶片成本的同時，能大大提升計算效率，在消費電子領域具有明顯優勢。
憶阻器是近些來迅速發展的具有記憶效應的非線性電阻，它的記憶效應使得其在存儲器件、圖像傳感器、神經網絡的傳感等領域有廣泛應用。由於納米粒子材料具有常規材質所不具備的優異性能，當入射光子頻率與納米粒子的集體振動頻率相匹配時，可以產生等離子體共振（LSPR），即產生光譜的特徵吸收峰。憶阻器可利用納米粒子的LSPR特性對周圍介質的折射率進行傳感，間接應用到傳感器方面，然而納米粒子只能對單一頻段光響應，無法實現對不同種類物質的傳感，限制了憶阻器的大範圍應用。
針對這一問題，早在2015年6月5日，華為公司就提出一項名為「一種憶阻器和傳感器」的發明專利（申請號：201510306360.9），申請人為華為技術有限公司與南京大學。
圖1 憶阻器的結構示意圖
此專利提出了一種新型憶阻器，能夠對不同頻率的光進行強烈吸收，以產生不同響應波長的 LSPR 現象，從而實現對不同種類物質的傳感。憶阻器的結構如圖1所示，包括反應電極102、轉換層103和非反應電極 104，並依次並排在襯底表面，反應電極和非反應電極分別位於轉換層的兩側並均與轉換層形成電接觸，利用這種結構，光可以避開轉換層兩側的電極而直接照射在轉換層上，更有利於該憶阻器在傳感器方面的應用，提高傳感的靈敏度、選擇性、集成性。
圖2 憶阻器製備流程圖
此專利提出的憶阻器製備流程如圖2所示，首先提供襯底，在襯底表面旋塗光刻膠，利用正性光刻膠的性能和無掩膜紫外光刻法得到反應電極圖形，進而在帶有反應電極圖形的襯底上，利用磁控濺射法生長反應電極。在步驟S102中，在襯底的表面同樣利用正性光刻膠的性能和無掩膜紫外光刻法得到轉換層圖形，之後在轉換層圖形上利用脈衝雷射沉積（PLD）技術製備轉換層。最後在襯底的表面製作非反應電極圖形與非反應電極。
圖3 憶阻器中轉換層析出局部圖與射線能量
在對此憶阻器進行性能測試時，施加一個橫向電場，圖3左側展示了電場處理後轉換層中的析出相在銅網上的高分辨透射電子顯微像（HRTEM）圖像，這些析出相是由許多直徑約為 10nm 的顆粒構成，其傅立葉變換圖像如左上角所示，展示了析出相的晶面指數。對左圖中某一點採用高角環形暗場探頭(HAADF)進行X射線能量色散光譜（EDS）分析，結果如圖3右側，表明該析出的枝晶狀的納米線。經測試，該憶阻器對不同頻率的光均有強烈的吸收，產生不同響應波長的 LSPR 現象，從而實現對不同種類物質的傳感。
憶阻器的發展是半導體行業的一大革新，在現有AI和5G發展的大趨勢下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發揮出來，而傳統晶片利用存儲晶片來存儲信息，中央處理器來負責計算，當數據量變大時，晶片之間的信息傳輸會造成功耗增加、額外延遲，而且晶片成本也高，而憶阻器與存算一體的發展則能夠很好的解決這一問題，相信隨著未來半導體行業的發展，憶阻器這一新型器件一定能夠走上產業化的道路，帶來巨大的經濟效益。
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（校對/holly）