因此，芯片制造商們一直都在尋求更佳的存儲技術(shù)，讓更多的物體變得智能化。下一代存儲器件的可能性之一，就是“阻變存儲器”，或者簡稱“RRAM”。在 RRAM 中，電流通常被驅(qū)動通過由堆疊材料組成的內(nèi)存單元，引起電阻變化，并存儲器中記錄數(shù)據(jù)“0”或“1”。存儲單元中這一連串的“0”和“1”代表的信息片段，可被計算機讀取，用于執(zhí)行函數(shù)，然后再存儲到內(nèi)存中。

RRAM 存儲器，比目前其他的存儲技術(shù)更加快速且省電。此外，RRAM 存儲器還可以用于改善存儲器件與邏輯器件之間的通信。

例如，美國斯坦福大學團隊曾開發(fā)出一種“三維芯片”，將存儲器和邏輯單元，像樓板一樣一層一層地交替放置，并采用成千上萬的垂直納米連接進行通信。這樣縮短了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶?，使用的電量更少。這種方法有效規(guī)避了傳統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)的計算機芯片中邏輯單元與存儲單元之間存在的通信瓶頸問題。

 

 

(圖片來源：斯坦福大學)

 

 

(圖片來源：斯坦福大學)

RRAM 有這么多的優(yōu)勢，為什么RRAM 至今尚未在計算機芯片中得到大規(guī)模使用呢？其中一個重要原因是：材料需要足夠“健壯”，才能滿足至少萬億次存儲和獲取數(shù)據(jù)的需求，但是目前使用的材料可靠性太低。

創(chuàng)新

近日，二碲化鉬 (Molybdenum Ditelluride) 材料中之前未被觀察到的功能得以發(fā)現(xiàn)，幾百萬個存儲單元有望成為計算芯片的一部分，提供高速省電的數(shù)據(jù)存儲方式，并且解決上述問題。

這種二維材料堆疊到多層中構(gòu)建出存儲單元。美國普渡大學、國家標準與技術(shù)研究院（NIST）以及泰斯研究公司（Theiss Research Inc）的研究人員們合作設(shè)計出這種器件。他們的研究成果發(fā)表在提前在線發(fā)行的《自然材料（Nature Materials）》期刊上。普渡大學技術(shù)商業(yè)化辦公室已為這項技術(shù)申請了兩項美國專利。

 

 

(圖片來源：普渡大學)

技術(shù)

普渡大學電氣與計算機工程系教授、比爾克納米技術(shù)中心納米電子學科技總監(jiān) Joerg Appenzeller 表示：“我們還沒有檢查采用這種材料的系統(tǒng)的疲勞度，但是我們希望比其他方案更快且更可靠，因為我們觀察到了它具有獨特的開關(guān)機制。”

 

 

垂直的基于TMD的器件特性（圖片來源：參考資料【2】）

 

下圖所示：基于2H-MoTe2- 和 2H-Mo1−xWxTe2- 的 RRAM 的表現(xiàn)以及根據(jù)薄片的厚度設(shè)置的電壓。

 

（圖片來源：參考資料【2】）

 

 

C-AFM 和 STEM 測量與分析（圖片來源：參考資料【2】）

二碲化鉬，使系統(tǒng)能在“0”和“1”之間切換得更快，有望加速信息的存儲與獲取。這是因為，當電場施加到存儲單元上時，原子的位置產(chǎn)生微小移動，從而帶來高電阻狀態(tài)，標記為“0”；或者低電阻狀態(tài)，標記為“1”。這種速度比傳統(tǒng) RRAM 器件中的開關(guān)速度要快得多。

在計算機芯片中，每個存儲單元位于電線交叉點上，形成一種稱為“交叉點RRAM”的存儲陣列。

價值

Appenzeller 表示：“因為這些電阻狀態(tài)改變需要的功耗更低，電池可以持續(xù)更長的時間。”

Appenzeller 的實驗室利用在 NIST 制造的新型電子材料庫，想要嘗試構(gòu)建堆疊存儲單元，這些存儲單元也包含了計算機芯片的其他主要元器件：“邏輯器件”（用于處理數(shù)據(jù)）以及“互連線”（用于傳輸電信號），

Appenzeller 表示：“邏輯器件與互連線也會消耗電池電量，因此完整的二維架構(gòu)的好處在于，在更小的空間中帶來更多的功能，以及存儲與邏輯器件之間更好的通信。”