西安交大材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心（CAID）研發(fā)的“無漂移相變存儲(chǔ)材料”在《自然—材料》發(fā)表

2025-10-09 11:24:38西安交通大學(xué)閱讀量：18163      我要評(píng)論

　　2025年10月1日，《自然—材料》(Nature Materials) 在線發(fā)表了以《無電阻漂移的非晶相變存儲(chǔ)材料》(Amorphous phase-change memory alloy with no resistance drift)為題的研究論文。

　　相變存儲(chǔ)器利用硫族化合物非晶相與晶體相之間的電阻差異實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。而非晶材料通常具有自發(fā)結(jié)構(gòu)弛豫的特點(diǎn)，對(duì)于相變存儲(chǔ)材料而言(如商用鍺銻碲合金GST)，其非晶相電阻值會(huì)隨時(shí)間的推移而自發(fā)漂移，這對(duì)于精準(zhǔn)多值編程帶來了巨大挑戰(zhàn)，極大地影響了相變類腦計(jì)算的計(jì)算精度。此外，非晶結(jié)構(gòu)弛豫在不同的環(huán)境溫度下呈現(xiàn)出復(fù)雜多變的不確定性，從而導(dǎo)致相變類腦計(jì)算技術(shù)難以適配環(huán)境多變的邊緣端應(yīng)用場(chǎng)景。

　　為了解決該問題，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心(CAID)團(tuán)隊(duì)解析了非晶相變材料結(jié)構(gòu)弛豫行為的原子尺度機(jī)理，明確了電阻漂移根源主要來自于非晶局部結(jié)構(gòu)缺陷密度以及派爾斯畸變程度隨時(shí)間和溫度的演化。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種局部結(jié)構(gòu)幾乎全部為完美八面體的鉻碲非晶合金CrTe3，其八面體結(jié)構(gòu)中無明顯長(zhǎng)短鍵差異，因此其結(jié)構(gòu)弛豫很弱且并不引發(fā)能帶結(jié)構(gòu)的變化，可從根本上消除電阻漂移。隨后，團(tuán)隊(duì)通過磁控濺射制備了CrTe3薄膜，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該非晶薄膜在-200至165攝氏度的寬溫區(qū)范圍內(nèi)無明顯的電阻漂移。

　　進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠研究員團(tuán)隊(duì)合作，驗(yàn)證了CrTe3器件在反復(fù)操作十萬次之后依然無明顯電阻漂移行為。此外，團(tuán)隊(duì)通過光控電測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的多值存儲(chǔ)，并設(shè)計(jì)加工出了基于CrTe3陣列的智能小車，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的自動(dòng)尋址功能，即便將CrTe3陣列置于150攝氏度下1小時(shí)，其后該自動(dòng)尋址功能依然可以完美復(fù)現(xiàn)。此類相變存儲(chǔ)材料的創(chuàng)新設(shè)計(jì)從根本上解決了相變存儲(chǔ)器件的電阻漂移問題，為發(fā)展高精度相變類腦器件提供了關(guān)鍵的材料載體。

　　該項(xiàng)工作的第一作者為王曉哲博士、王若冰博士與孫蘇陽博士，通訊作者為王疆靖教授、馬恩教授與張偉教授。西安交通大學(xué)為第一作者單位與唯一通訊作者單位。

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