21世纪，计算机技术、互联网以及新型大众化电子产品的高速发展，对电子信息的存储处理产品的需求呈现高速上升趋势，并迫切需要在存储器材料和技术方面取得突破。来自国内外10多个单位的40余位专家学者在日前举行的以“新一代存储材料与技术”为主题的第326次香山科学会议上，对如何加快发展我国电阻式随机存储器（RRAM）技术进行了学术交流和深入讨论。中国科学院物理研究所研究员赵忠贤、沈保根和北京大学教授甘子钊担任会议执行主席。

 

 

存储器有着巨大的市场需求，是国际国内诸多企业和行业产品的重要组成部分，存储技术已渗透于半导体产品的各个角落，具有极其广泛的应用市场。2006年，全球计算机半导体随机存储器（包括DRAM和SRAM）年产值约为850亿美元，2008年预计达到1360亿美元。

 

与会专家认为，当前数字科技的飞速发展，一方面揭示了现有随机存储技术的缺陷，如半导体随机存储器的弱点之一是其易失性，断电情况下信息丢失且易受电磁辐射干扰，这一缺陷极大地限制了该技术在国防、航空航天等一系列关键高科技领域的应用；另一方面，也对现有信息存储产品的性能提出了高速度、高密度、长寿命、低成本和低功耗等更高要求，迫切需要在存储器材料和技术方面取得新的突破。

 

2000年，美国休斯敦大学的科学家报道了在庞磁阻氧化物薄膜器件中发现电脉冲触发可逆电阻转变效应（EPIR效应），即在外加纳秒级电压脉冲的作用下，器件的电阻在低阻态（“0”）和高阻态（“1”）之间可逆转变，变化率可达1000倍以上，并且所得到的电阻在外电场去除后可以保持下来。同年，IBM研发部门也在钙钛矿型氧化物薄膜器件中发现了类似的效应。基于这一效应，科学界提出了一种新型非易失性存储器概念——电阻式随机存储器。

 

沈保根在主题评述报告中说，RRAM是一种全新的存储概念，其主要优势表现在：一是制备简单。存储单元为金属—氧化物—金属三明治结构，可通过溅射、气相沉积等常规的薄膜工艺制备。二是擦写速度快。擦写速度由触发电阻转变的脉冲宽度决定，一般小于100纳秒，远高于Flash存储器。三是存储密度高。研究表明电阻发生变化的区域很小，约几个纳米，因此存储单元可以很小；另外，在RRAM中还存在多水平电阻转变现象，利用这些电阻状态可存储不同信息，在不改变存储单元体积的条件下可实现更多信息的存储。四是半导体工艺兼容性好，RRAM可利用现有的半导体工艺技术生产，从而大大缩减开发成本。

 

 

自2000年提出RRAM概念以来，有关RRAM的研究论文数量逐年增加，已成为物理学、材料学领域新的研究热点，国内外多所大学、科研机构和公司研发部门加入到开发RRAM的竞争中。2005年，韩国光州科学院、首尔大学等开展了“0.1兆兆位非易失性存储器开发”的研究；2006年，德国、法国等启动“大容量存储结构用新型材料”研究；在中国国家自然科学基金、“863”计划等的支持下，中科院物理所、硅酸盐所也较早启动RRAM的基础研究。

 

与会专家认为，目前国际、国内RRAM的研究方兴未艾，在材料探索、机理研究以及演示器件研制等方面都取得了长足进展，RRAM具有成为通用存储器的潜力，但其性能指标有待进一步优化，应用潜力也有待进一步评估。归纳各类实验现象，寻找物理规律，从基本物理原理出发，提出普适的、可定量描述电致电阻效应的物理模型，是当前的迫切任务。

 

由于RRAM是一种全新的存储技术，与会专家指出，氧化物材料中电致电阻转变的物理机制不清楚，已成为制约RRAM存储实用化的主要障碍。目前，关于RRAM物理机制的研究已取得了较快进展，但这些机制大都停留在实验现象上，缺乏直接的实验依据。电阻转变部位的确认、电阻转变过程中元素的变化以及电阻转变的重复性问题，是当前RRAM研究所面临的紧要问题；同时，在众多材料中寻找性能、制备、拓展性都满足要求的材料仍是RRAM发展的关键。

 

与会专家建议，RRAM的研究要以器件为导向，带动材料和基础研究，物理学、材料学、微电子学等多学科研究队伍应紧密联合起来，形成互补。国家和企业投入，进行市场化运作，构筑基础研究与产业化研究的桥梁。

 

《科学时报》 (2008-12-4 A1 要闻)