比传统闪存快5000倍的新技术面世且可以存储多个数据位

来源：半导体行业观察时间：2021-05-27 09:23:21

一项新的研究发现，闪存的2D“表亲”不仅速度快了大约5,000倍，而且可以存储多个数据位，而不仅仅是零和一。

闪存驱动器，硬盘，磁带和其他形式的非易失性存储器即使在断电后也可以帮助存储数据。这些设备的主要缺点之一是它们通常很慢，通常至少需要数百微秒才能写入数据，比易失性设备要长几个数量级。

现在，研究人员已经开发出了非易失性存储器，仅需几纳秒的时间即可写入数据。这使其比商用闪存快数千倍，并且速度与大多数计算机中的动态RAM差不多。他们本月在《自然纳米技术》杂志上在线详细介绍了他们的发现。

新设备由原子薄的二维材料层组成。先前的研究发现，当两层或更多层不同材料的原子薄层彼此叠置以形成所谓的异质结构时，就会出现新的杂化性质。这些层通常通过称为 van der Waals interactions的弱电保持在一起，该力通常会使tapes 粘在一起。

中国科学院物理研究所的科学家及其同事指出，硅基存储器的速度最终受到限制，因为超薄硅膜上不可避免的缺陷会降低性能。他们认为，原子上平坦的van der Waals异质结构可以避免此类问题。

研究人员制造了van der Waals异质结构，该结构由硒化铟(indium selenide)半导体层，六方氮化硼(hexagonal boron nitride)绝缘层和位于二氧化硅和硅晶圆顶部的多个导电石墨烯层组成。仅持续21纳秒的电压脉冲可以将电荷注入石墨烯以写入或擦除数据。这些脉冲的强度与商用闪存中用于写入和擦除的脉冲的强度大致相同。

除了速度之外，这种新存储器的一个关键特性是可以进行多位存储。常规的存储设备可以通过在例如高导电状态和低导电状态之间切换来存储零或一的数据位。研究人员指出，他们的新设备理论上可以存储具有多种电状态的多个数据位，每种状态均使用不同的电压脉冲序列进行写入和擦除。

宾夕法尼亚大学的电气工程师Deep Jariwala表示：“当单个设备可以存储更多信息时，存储功能将变得更加强大，它有助于构建越来越密集的存储体系结构。”

科学家们预计他们的设备可以存储10年的数据。他们指出，另一个中国小组最近通过由二硫化钼(molybdenum disulfide)，六方氮化硼(hexagonal boron nitride)和多层石墨烯制成的van der Waals异质结构也取得了类似的结果。

现在的主要问题是研究人员是否可以商业规模生产这种设备。“这是大多数此类设备的致命弱点，” Jariwala说。“在实际应用中，可微缩性以及将这些设备集成到硅处理器之上的能力确实是具有挑战性的问题。”

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