石墨烯的發(fā)現(xiàn)有望為信息存儲器“大限”解圍

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空間，從而在以石墨烯為基礎(chǔ)的新型有機高分子信息存儲材料研究領(lǐng)域取得重大進展。

信息存儲器的發(fā)展，在很長一段時間內(nèi)都遵循摩爾定律，即在價格不變的情況下，每隔18個月，集成電路中可容納的晶體管數(shù)量及其性能便會提升一倍。自2000年以來，為滿足人們對數(shù)據(jù)存儲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)體將達到16納米的物理極限。

陳彧介紹說，超出這個極限，晶體管會發(fā)生漏電，集成電路里相鄰存儲單元間也會相互影響，存儲器件的可靠性和穩(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、二維存儲密度有限等問題。

“當我們從‘微電子’時代步入‘納電子’時代，在開發(fā)下一代存儲技術(shù)時，需要引進全新的概念、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。”陳彧表示。

陳彧告訴媒體，以高分子材料制備阻變存儲器件，為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展提供了一個新的思路。與硅基材料相比，高分子材料有明顯優(yōu)勢，它容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲密度高，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)需要對分子結(jié)構(gòu)進行精心剪裁，調(diào)控材料和相應(yīng)器件的存儲性能。

不過，高分子材料要勝任阻變存儲器件的角色，必須具有可用來實現(xiàn)二進制編碼和數(shù)字信息存儲的電雙穩(wěn)特征。簡單地說，就是當在材料薄膜兩邊施加一個足夠大的外電壓時，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)相當于二進制系統(tǒng)中的‘0’態(tài)和‘1’態(tài)，外加電信號相當于對信息的寫、讀或者擦除等操作。”陳彧表示。