0.7納秒！相變存儲器速度新極限

　　隨著(zhù)數字全球化，爆炸式增長(cháng)的信息對數據的存儲與傳輸提出了極大的挑戰，而且目前商用計算體系架構內各存儲部件，即緩存(SRAM)、內存(DRAM)和閃存(NAND Flash)之間性能差距日益加大，其間的數據交換效率也已成為了電子設備發(fā)展的瓶頸。因此研發(fā)具備存儲密度大、讀寫(xiě)速度快、能耗低、非易失(即斷電后數據不丟失)等特點(diǎn)的新式通用式存儲介質(zhì)勢在必行。

　　近日，美國Science雜志發(fā)表了西安交通大學(xué)與上海微系統與信息技術(shù)研究所的合作論文——《Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable sub-nanosecond memory writing》，該工作從接收到在線(xiàn)發(fā)表僅10天。更讓人驚訝的是，共同第一作者還是個(gè)大四本科生。

　　基于相變材料的相變存儲器(PCRAM)是最接近商業(yè)化的通用式存儲器，由國際半導體巨頭Intel與Mircon聯(lián)合推出的首款商用相變存儲器“傲騰”已于今年投入市場(chǎng)。我國目前所有相變存儲器的讀寫(xiě)速度仍然無(wú)法媲美高速型存儲器，如內存(納秒)和緩存(亞納秒)。除去工業(yè)化工藝水平問(wèn)題，最為核心的難題是傳統相變材料鍺銻碲形核隨機性較大，其結晶化過(guò)程通常需要幾十至幾百納秒，而結晶化速度直接對應著(zhù)寫(xiě)入速度。

　　新式鈧銻碲(SST)相變存儲器件0.7納秒的高速寫(xiě)入操作以及其微觀(guān)結晶化機理為解決寫(xiě)入速度瓶頸問(wèn)題，西安交通大學(xué)材料學(xué)院金屬材料強度國家重點(diǎn)實(shí)驗室與中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所通力合作，利用材料計算與設計的手段篩選出新型相變材料鈧銻碲合金。

　　該材料利用結構適配且更加穩定的鈧碲化學(xué)鍵來(lái)加速晶核的孕育過(guò)程，顯著(zhù)降低形核過(guò)程的隨機性，大幅加快結晶化即寫(xiě)入操作速度。與業(yè)內性能最好的相變器件相比，鈧銻碲器件的操作速度提升超過(guò)10多倍，達到了0.7納秒的高速可逆操作，并且降低操作功耗近10倍。通過(guò)材料模擬計算，研究人員清晰地揭示了超快結晶化以及超低功耗的微觀(guān)機理。這一研究成果對深入理解和調控非晶態(tài)材料的形核與生長(cháng)機制具有重要的指導意義，并為實(shí)現我國自主的通用存儲器技術(shù)奠定了基礎。

　　該項工作的材料計算與設計部分由西安交大完成：材料學(xué)院大四本科生周宇星為該工作的共同第一作者，青年千人學(xué)者張偉教授為共同通訊作者，負責論文投稿。