提升性能、降低功耗的全新存储芯片

IBM今天宣布在原子级别的材料科学上取得重大突破，据此可造出全新非易失性存储和逻辑芯片，功耗也会比现在的硅芯片大大降低。这一成果已于昨天发表在了《科学》杂志上。

就像我们无数次提及的那样，摩尔定律下的半导体材料和技术发展正在加速接近硅的物理和性能极限，迫切需要全新的方案来继续提升性能、降低功耗。

图 提升性能、降低功耗的全新存储芯片的原子技术

IBM的科学家发现，通过在氧化物-液体界面插入、移除电场驱动的氧离子，可以让金属氧化物在绝缘体、导体两种状态之间进行可逆转换。试验显示，如果一个本身绝缘的氧化物材料变成导体状态，即便是移除设备供电之后，材料依然可以维持金属态。

这种非易失性的属性意味着，基于这种现象的芯片可以更高效地存储、传输数据，而且是事件驱动(event-driven)的，不需要用持续的电流维持设备状态。

IBM在其中使用了带正电的离子液体电解质作为绝缘氧a化物材料，也就是二氧化钒(VO2)，成功将其变成了金属导体，并且一直维持着这种状态，直到用了带负电的离子液体电解质，它才回到原始的绝缘状态。

事实上，这种状态转换研究已经进行了很多年，但不同于以往的是，IBM发现在电场中，氧离子向金属氧化物的注入和移除才是氧化物材料状态变化的关键。之前还有研究用温度和外部压力将导体变成绝缘体，但都不具备实用价值。

IBM研究院院士Stuart Parkin博士指出：“在原子级别尺度上的理解力和控制力让我们可以开发出新的材料和设备，运行原理和如今的硅材料技术完全不同。现在的设备都要充电，而未来的只需要微弱的离子电流就能实现物质状态的可逆控制，据此可以打造出全新的移动设备。在三维架构上应用这种创新概念可以避免IT行业遭遇技术瓶颈。”

左侧是典型离子液体栅极设备的光学图像，栅极电极和氧化物通道上有一滴离子液体。金色方块是通过引线与设备接触的衬垫。右侧是局部放大图，显示了通道(褐黄色)和黄金电触点(亮黄色)。左右两个触点分别是源极、漏极触点，另外四个则是测量电阻。