新存儲器激活“中國芯” 將推動存儲技術(shù)變革
星島環(huán)球網(wǎng)消息:集成電路俗稱芯片,是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心,被譽(yù)為國家的工業(yè)糧食。而存儲器是存儲信息的主要載體,占集成電路市場的四分之一,我國存儲器市場占全球市場的一半,但缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)和人才,導(dǎo)致高密度、大容量存儲器完全依賴進(jìn)口。這給我國信息安全帶來了極大的隱患。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201702/344000.htm為解決此難題,中科院院士、中科院微電子所研究員劉明領(lǐng)導(dǎo)的新型非易失存儲器研究團(tuán)隊(duì)辛勤耕耘十多年,憑著“把冷板凳坐熱”的精神,終于摘得2016年度國家自然科學(xué)獎二等獎。15年來,他們在高密度、大容量存儲器領(lǐng)域積累了系統(tǒng)的自主知識產(chǎn)權(quán)、培養(yǎng)了人才,而他們研制的新型阻變存儲器正在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,未來有望進(jìn)入主流存儲器市場。
解密阻變存儲器
中科院微電子所研究員劉琦是團(tuán)隊(duì)中的一員。2006年,劉琦還在安徽大學(xué)讀研究生的時候,被劉明的一場報告深深吸引,熱愛科研的他抓住機(jī)會,當(dāng)時就向劉明表達(dá)了想做聯(lián)合培養(yǎng)生的訴求,沒想到愿望很快實(shí)現(xiàn)了。目前他已在這個團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、工作了10年的時間。
劉琦說,阻變存儲是一種新型的非易失存儲技術(shù),與目前主流的非易失存儲器Flash Memory(閃存)相比,在性能上有極大的優(yōu)勢,同時,阻變存儲器由金屬—介質(zhì)—金屬構(gòu)成,結(jié)構(gòu)非常簡單,有利于實(shí)現(xiàn)三維的高密度集成,是未來大容量存儲器的有力競爭者。
該項(xiàng)目歷經(jīng)十余年,針對阻變存儲器機(jī)理、材料、結(jié)構(gòu)、集成工藝與芯片設(shè)計等方面開展了系統(tǒng)深入的研究工作,也在知識產(chǎn)權(quán)上進(jìn)行了有效的部署,這些成果為我國發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的阻變存儲技術(shù)奠定了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。
該團(tuán)隊(duì)積累的電荷俘獲存儲器相關(guān)技術(shù)和專利2014年轉(zhuǎn)移到武漢新芯進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā),2016年,武漢新芯憑借和微電子所的技術(shù)及人才合作,成為國家存儲器產(chǎn)業(yè)基地,得到包括紫光集團(tuán)、國家集成電路基金等共計240億美元的投資,成立了長江存儲公司。中科院微電子所存儲器相關(guān)專利和技術(shù),是武漢新芯存儲器產(chǎn)品自主研發(fā)的初始來源和主要基礎(chǔ)之一。
科研過程漫長神秘
在接受《中國科學(xué)報》記者采訪之前,項(xiàng)目第四完成人龍世兵研究員剛輔導(dǎo)完自己的本科生。這位本科生僅用兩個月的時間就完成了40頁全英文論文的投稿。
在外加電激勵下,材料發(fā)生電阻變化的現(xiàn)象早在20世紀(jì)60年代就被報道,但是利用這種現(xiàn)象發(fā)展新型非易失存儲技術(shù)卻是2000年才逐漸起步。龍世兵告訴記者,該團(tuán)隊(duì)在2004年就開始關(guān)注阻變存儲器,研究歷程基本與國際同步。
在初始階段,團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)許多材料體系在電激勵下都能出現(xiàn)電阻轉(zhuǎn)變行為,但是絕大部分的器件都需要一個初始激活過程,這個過程需要較大的電壓,會對器件產(chǎn)率、性能和可靠性造成嚴(yán)重的影響。針對這個問題,他們通過理論分析,并結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)通過摻雜能夠解決上述問題,可以實(shí)現(xiàn)器件性能的改善和器件良品率的提高。目前,該方法已經(jīng)成為阻變存儲器領(lǐng)域改善器件性能的常用方法之一。
阻變過程伴隨著一些物理化學(xué)變化,這些變化會導(dǎo)致導(dǎo)電通路在材料內(nèi)部的形成和破滅,但如何觀測分析這些變化的微觀信息是一件非常困難的事情。針對這一難題,他們發(fā)展了一套原位TEM測試方法,能夠在外加電壓下,實(shí)時觀測材料內(nèi)部導(dǎo)電通路的形成和破滅的過程?;谠摲椒?,他們首次獲得了導(dǎo)電通路形成和破滅動態(tài)的影像過程,這對阻變微觀機(jī)制的研究產(chǎn)生了極大的推動。同時,研究人員進(jìn)一步發(fā)展了電場增強(qiáng)的調(diào)控思想,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電通路生長過程的人為調(diào)控,為阻變存儲器大規(guī)模集成提供了解決方案。
產(chǎn)業(yè)化的美好愿景
“獲獎是對團(tuán)隊(duì)多年工作的一個認(rèn)可,也是一種鼓勵。”該項(xiàng)目第五完成人王艷向記者講述了獲獎后的心路歷程,科研工作需要專注和投入,也需要成員之間互相幫助。
王艷說:“非常慶幸自己處在這樣一個團(tuán)隊(duì)中,導(dǎo)師劉明院士是一位非常優(yōu)雅溫和的女性,對待工作非常認(rèn)真,待人真誠,也沒什么架子。整個團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下,形成了真誠樸實(shí)的工作氛圍。團(tuán)隊(duì)成員之間也都相識多年,一起把阻變存儲器這個課題一點(diǎn)一點(diǎn)做起來,從原理探索、性能改進(jìn),到商業(yè)化應(yīng)用探索。”
劉琦介紹說,團(tuán)隊(duì)在開展基礎(chǔ)研究的同時,也沒有忽視阻變存儲器的應(yīng)用研究。一方面,注重知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù),目前已經(jīng)申請近百項(xiàng)的專利,集中在材料、結(jié)構(gòu)、工藝、算法、電路等方面,其中已經(jīng)獲得美國授權(quán)專利8項(xiàng)、中國授權(quán)專利50多項(xiàng)。另一方面,也在積極地將成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,目前正在跟中芯國際、北京智芯微電子科技有限公司聯(lián)合開發(fā)28納米的RRAM量產(chǎn)工藝,希望能夠推動中國存儲器產(chǎn)業(yè)自主快速發(fā)展。
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