向HP叫陣 萊斯大學開發全矽憶阻器

http://www.eettaiwan.com/ART_8800619035_628626_NT_69d01020.HTM

美國萊斯大學(Rice University)的研究人員表示，與惠普(HP)採用鈦(titanium)為基礎材料的方法相較，以純矽來製作憶阻器(memristor)，將可實現更容易生產、成本也更低的電阻式隨機存取記憶體(ReRAM)。

透過與無晶圓廠晶片設計公司PrivaTran的合作，該研究團隊已經完成容量為1kbit的ReRAM概念驗證，並表示未來能將元件密度提升到甚至可超越快閃記憶體的水準。萊斯大學教授James Tour指出：「我們的憶阻器是用矽所製作，不同於HP使用鈦的做法；在HP的專利申請文件中列出了很多氧化物，而非氧化矽，我們就是用這種材料實現ReRAM。」

氧化矽(Silicon oxide)是目前最常見的絕緣材料，運用在幾乎所有的CMOS晶片中；該種材料在1960年代首度特徵化，工程師會刻意將氧化矽沉積出厚度，以避免其分解。然而萊斯大學與PrivaTran表示，若謹慎地製作通過該種材料的電壓脈衝，還是能製作出將電阻由接近無限大縮小為接近零的氧化矽薄膜。

事實上，SanDisk已經利用這種方法來製作一次寫入記憶體，但萊斯大學與PrivaTran的研究團隊聲稱，他們已讓該種製程可逆轉，並實現純矽ReRAM。

去年，Tour的實驗室曾展示過以碳薄膜──即石墨烯(graphene)來製作類似憶阻器的位元單元，並能因此將快閃記憶體的密度提升一倍。但在將原型特徵化的過程中，Tour注意到，採用氧化矽為絕緣材料的位元單元，似乎不需要石墨烯也能運作；經過仔細觀察該現象，Tour與同事發現了可逆轉的氧化矽「軟」分解製程，並用以製作位元單元。

「我們在採用石墨烯的研究中注意到氧化矽的分解，但當時不了解其機制──現在則弄清楚了。」Tour表示：「透過施加適當的電壓脈衝，我們實現了氧化矽的可逆轉軟分解；在該過程中，氧原子移除後會在源極與汲極之間留下矽絲狀物 (filament)，讓電流能通過，並讓該種材料變成可做為位元單元的憶阻器。」

他指出，除了氧化矽之外，還需要的只有一個縱橫栓(crossbar)以及一個垂直二極體(vertical diode)，就能製作出3D ReRAM。

根據Tour的解釋，上述製程所形成的矽絲狀物，是由次5奈米尺寸的奈米晶體所組成；這應可讓位元單元尺寸超越快閃記憶體的密度水準──後者的位元單元在20奈米尺寸以下就會失去功能性。在其原型中，縱橫栓電極是以多晶矽製作，也就是整個記憶體陣列都能以矽材料來打造。

在為其全矽記憶體特徵化的過程中，研究人員還發現，這種記憶體的開關時間低於100奈秒的時間，並可承受1萬次的讀/寫/抹除週期，與快閃記憶體類似，而且其密度更有機會超越快閃記憶體。

(參考原文： Rice's silicon memristor aims to beat HP，by R. Colin Johnson)