俄罗斯与美国离“通用存储” 更近了一步

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莫斯科物理技术研究所（MIPT）、内布拉斯加大学（美国）和洛桑大学（瑞士）的研究人员通过相互合作，发明了一种附着于硅片上的超薄铁电薄膜。他们认为，这种物质在未来会成为最理想的“通用性的”非易失性存储材料，同时，也可以把它应用于“基于脑线认知的神经形态计算机”中的忆阻器上。

最近几年里，世界各地的研究人员都在寻求一个“通用”的存储器来代替DRAM、SRAM、闪存和磁盘。在对众多的相关提议方案进行了实践和研究后，上述这个物质被认为是实现“通用”存储器的最理想的也是最有优势的材料。

首先，它可以利用常规的硅类工具进行制造；同时它还可以保证快速性、密集性和非易失性；另外，它还可以像人工神经突触一样进行存储运作。所以，无论是传统的计算机技术还是未来的计算机技术，它都可以实现相对理想的融合。

这种物质所用的材料是MIPT与内布拉斯加大学和洛桑大学（瑞士）合作发明的超薄（2.5-nanometer）多晶铁电薄膜。

图一 基于硅材料的铁电隧道结点构造图

MIPT的实验室负责人AndreiZenkevich告诉记者:“我们的方法和其他用于产生超薄铁电薄膜方法的主要区别，在于我们采用的是多晶铪锆钛合金­[铪锆]氧化物薄膜，而不是外延SiGe薄膜，这样可以使它的铁电性能下降到小于三纳米的厚度。为了使这种超薄铁电材料与硅衬底兼容，我们需要做好随时把大量的CMOS制造材料切换到铪锆钛氧化物材料的准备。”据研究人员描述，这一步骤主要是用于构建ferroelectrictunneljunctions（铁电隧道结点）。

Zenkevich告诉记者:“我们通过采用原子层沉积技术，并使用交替循环的高频和锆前体相结合的技术，来培养最初的无定形的混合氧化物和预先培养的非晶混合的组合物。这个氧化膜将会在锡层的ALD生长期间进一步结晶。”

到目前为止，研究人员只是证明了材料本身的特性和其制造方法的可行性，下一步他们将构建原型，来证明隧道效应可以用于实际的内存芯片。原型中，0层和1层的物质通过铪锆钛氧化层的极化反转进行存储，它的工作模式与忆阻器的工作方式类似，也就是说，它仅仅在正确的方向上传递当前的电流。

zenkevich告诉我们：“我们现在正在证明典型的存储器中所谓的隧穿电致电阻效应。从脉冲测量的偏振反转来看，这个过程的准写入时间是在纳秒范围内。信息的阅读发生非破坏性测量的连接和访问时间应该主要依靠电子电路。”

图二非易失性存储器结构截面图

铁电隧道结可以用于产生一个通用的记忆类型组件的原因是因为，虽然它们非常小，但它们可以无限期地保留其价值而不需要消耗大量的功率。另外，它们最理想的特性就是，它们可以用传统的CMOS硅晶材料进行制作，并可以产生与其他的可伸缩的CMOS组件制作的物质一样的效果。

或许我们要花上几年的时间来证明所有这些理想的过程都是可行的，到了那个时候，铪锆钛氧化物可以作为电子大脑的记忆单元或是神经突触，我们就可以更好地进入和认知计算机时代。

这个项目的资金主要由俄罗斯科学基金会和MIPT的纳米科技领域研究中心提供。

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