突破冯·诺依曼构架瓶颈 中国研制出最小尺寸相变存储单元

据中国科学院上海微系统与信息技术研究所消息，该所研究员宋志棠、王浩敏组成联合研究团队，首次采用GNR边缘接触制备出目前世界上最小尺寸的相变存储单元器件。

7月18日，相关研究成果以《通过石墨烯纳米带边界接触实现相变存储器编程功耗最小化》（Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact）为题，在线发表在《先进科学》上。

据了解，当今数据生产呈现爆炸式增长，传统的冯·诺依曼计算架构已成为未来继续提升计算系统性能的主要技术障碍。

而相变随机存取存储器（PCRAM）可以结合存储和计算功能，是突破冯·诺依曼计算构架瓶颈的理想路径选择。

PCRAM具有非易失性、编程速度快和循环寿命长等优点，但其中相变材料与加热电极之间的接触面积较大，造成相变存储器操作功耗较高，如何进一步降低功耗成为相变存储器未来发展面临的最大挑战之一。

研究团队采用石墨烯边界作为刀片电极来接触相变材料，可实现万次以上的循环寿命。

当GNR宽度降低至3nm，其横截面积为1nm2，RESET电流降低为0.9 μA，写入能耗低至~53.7 fJ。该功耗比目前最先进制程制备的单元器件低近两个数量级，几乎是由碳纳米管裂缝（CNT-gap）保持的原最小功耗世界纪录的一半。

中国科学院称，这是目前国际上首次采用GNR边缘接触实现极限尺寸的高性能相变存储单元，器件尺寸接近相变存储技术的缩放极限。该新型相变存储单元的成功研制代表了PCRAM在低功耗下执行逻辑运算的进步，为未来内存计算开辟了新的技术路径。

采用GNR边缘接触制备出目前世界上最小尺寸的相变存储单元器件（a）相变存储单元结构示意图；（b）功耗与接触面积的关系。

器件循环寿命的偏压极性依赖性。（a）测量设置示意图；（b）~3 nm 宽 GNR 边界电极相变存储单元在不同电压极性下的循环寿命。