幾十年來，科學(xué)家們一直在為從大型數(shù)據(jù)中心到移動傳感器和其他靈活電子設(shè)備的所有領(lǐng)域?qū)ふ腋臁⒏?jié)能的存儲技術(shù)。最有前途的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)之一是相變存儲器，它比傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器快數(shù)千倍，但耗電量大。
現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的工程師已經(jīng)克服了限制相變存儲器廣泛采用的關(guān)鍵障礙。結(jié)果發(fā)表在9 月 10 日的Science研究中。
“人們長期以來一直期望相變內(nèi)存能夠取代我們手機和筆記本電腦中的大部分內(nèi)存，”該研究的資深作者、電氣工程教授Eric Pop說。“它沒有被采用的一個原因是它需要比競爭內(nèi)存技術(shù)更多的功率來運行。在我們的研究中，我們已經(jīng)證明相變存儲器既快速又節(jié)能。”
電阻
與使用晶體管和其他硬件構(gòu)建的傳統(tǒng)存儲芯片不同，典型的相變存儲設(shè)備由三種化學(xué)元素的化合物組成——鍺、銻和碲 (GST)——夾在兩個金屬電極之間。
傳統(tǒng)設(shè)備，如閃存驅(qū)動器，通過打開和關(guān)閉電子流來存儲數(shù)據(jù)，這個過程用 1 和 0 表示。在相變存儲器中，1 和 0 表示 GST 材料中電阻的測量值——它對電流的抵抗程度。
“典型的相變存儲器件可以存儲兩種電阻狀態(tài)：高電阻狀態(tài) 0 和低電阻狀態(tài) 1，”該研究的共同主要作者、博士生Asir Intisar Khan說。“我們可以利用電極產(chǎn)生的電脈沖產(chǎn)生的熱量，在納秒內(nèi)從 1 切換到 0，然后再切換回來。”
加熱到大約 300 華氏度(150 攝氏度)會使 GST 化合物變成具有低電阻的結(jié)晶狀態(tài)。在大約 1,100 F (600 C) 時，結(jié)晶原子變得無序，將一部分化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈唠娮璧姆蔷B(tài)。非晶態(tài)和晶態(tài)之間的巨大電阻差異用于對存儲器進行編程和存儲數(shù)據(jù)。
“這種大的電阻變化是可逆的，可以通過打開和關(guān)閉電脈沖來引起，”汗說。
“你可以在幾年后回來，通過讀取每一位的電阻來讀取內(nèi)存，”波普說。“此外，一旦設(shè)置了內(nèi)存，它就不會使用任何電源，類似于閃存驅(qū)動器。”
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