具有極限操作速度的相變存儲器研制方面取得新進展

　　當今，電腦系統采用層次化存儲架構：緩存、內存和閃存。離CPU越近，對存儲器存儲速度需求越高，如內存的速度為納秒級別，而緩存則需要皮秒級別。作為下一代存儲器的有力競爭者，相變存儲器的速度決定了其應用領域，而相變存儲器速度主要由相變材料的結晶速度（寫速度）所決定。研究表明，相變存儲器的熱穩定性越差，結晶速度越快，而單質銻（Sb）是目前已知熱穩定性最差的相變材料，可能具有最快的操作速度。

　　中國科學院上海微系統與信息技術研究所宋志棠和朱敏研究團隊等通過分子動力學計算，發現單質銻能夠在120 ps內從非晶結構中成核并進一步完全結晶。通過制備200 nm、120 nm和60 nm T型下電級器件的單質銻相變存儲器件，研究發現隨著器件尺寸減小，單質銻相變存儲器的速度越快。200 nm 單質銻器件最快的寫速度為359 ps（見圖1），當器件尺寸微縮至60 nm時，寫速度為~242 ps, 比傳統Ge2Sb2Te5的快近100倍（20 ns）。通過與已報道的相變存儲器的速度對比（見圖2），單質Sb器件的速度明顯快于傳統Sb-Te、Ge-Te以及 Ge-Sb-Te基相變存儲器，其~242 ps的操作速度是目前相變存儲器速度的極限。此結果表明，通過選擇合適的相變材料，相變存儲器有望具備替代內存甚至緩存的潛力。

　　該成果于1月31日發表在《先進材料》（Advanced Materials）上（10.1002/adma.202208065）。該工作得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金等的支持。

圖1 不同尺寸單質銻相變存儲器的（A）器件結構和（B）寫操作速度

圖2 單質銻相變存儲器操作速度與已報道相變存儲器件的對比