忆阻器(一):从理论预言到RRAM实现

2017-03-16 71 0

一、理论预言

基础电子学教科书列出三个基本无源电路元件:电阻器、电容器与电感器;电路的四大基本变量为电流、电压、电荷与磁通量。加州大学伯克利分校蔡少棠(Leon Chua)教授37年前即预测第四种元件——忆阻器(memristor)的存在。简单说,忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻:通过控制电流变化可改变其阻值,若将高阻值定义为“1”、低阻值定义为“0”,即可实现数据存储。

二、RRAM研究背景

自2000年起,研究人员已在多种二元金属氧化物与钙钛矿结构(ABO3)薄膜中发现电场作用下的电阻变化,并将其应用于下一代非易失性存储器——阻抗存储器(RRAM)。英飞凌、三星、美光、夏普、Unity、Spansion等公司早已开展RRAM研发,预计未来数年将有RRAM产品陆续上市。电阻转变机理仍有争议,一般认为薄膜中氧空位迁移形成的导电细丝(filament)是电阻变化的原因。

三、惠普的验证

惠普实验室认为RRAM即蔡少棠所称的忆阻器,其基于TiO2的RRAM器件于2008年5月1日发表于《自然》期刊。蔡少棠1971年发表《忆阻器:下落不明的电路元件》提供原始理论架构;惠普以《寻获下落不明的忆阻器》为题呼应。RRAM可令手机使用数周不需充电、PC开机即启动、笔记本电池耗尽后仍记忆信息,并挑战闪存:存储更快、功耗更低、占用更小。忆阻器运作方式与人脑类似,未来或能实现模式记忆与关联,为即开型PC、更高能效计算机及类脑模拟计算机铺平道路,并可能通过提高晶体管功能密度对电子科学产生重大影响。

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