信息存儲器的發(fā)展，在很長一段時間內(nèi)都遵循摩爾定律，即在價格不變的情況下，每隔18個月，集成電路中可容納的晶體管數(shù)量及其性能便會提升一倍。自2000年以來，為滿足人們對數(shù)據(jù)存儲密度和存取速度日益增高的需求，微電子工業(yè)已將構成芯片的存儲元件的尺寸從130納米減小至目前的45納米。到2018年，硅基半導體將達到16納米的物理極限。
陳彧介紹說，超出這個極限，晶體管會發(fā)生漏電，集成電路里相鄰存儲單元間也會相互影響，存儲器件的可靠性和穩(wěn)定性都將大受影響。此外，硅基器件制備存在設備昂貴、光刻工藝和周邊集成電路復雜、二維存儲密度有限等問題。
“當我們從‘微電子’時代步入‘納電子’時代，在開發(fā)下一代存儲技術時，需要引進全新的概念、材料和技術，新材料始終是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎和關注的重點。”陳彧表示。
陳彧告訴《中國科學報》，以高分子材料制備阻變存儲器件，為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展提供了一個新的思路。與硅基材料相比，高分子材料有明顯優(yōu)勢，它容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲密度高，可以三維堆積，甚至可大面積“刷涂”在玻璃、塑料和集成電路上，還能根據(jù)需要對分子結(jié)構進行精心剪裁，調(diào)控材料和相應器件的存儲性能。
不過，高分子材料要勝任阻變存儲器件的角色，必須具有可用來實現(xiàn)二進制編碼和數(shù)字信息存儲的電雙穩(wěn)特征。簡單地說，就是當在材料薄膜兩邊施加一個足夠大的外電壓時，器件可由低導電狀態(tài)(OFF)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔щ姞顟B(tài)(ON)。如果撤銷外電場后還可繼續(xù)穩(wěn)定地保持OFF或ON態(tài)，說明器件有記憶性能，有望成為存儲器件。如果通過外界刺激能將器件從ON態(tài)恢復到OFF態(tài)，則器件具有可擦寫性。
“這里的OFF態(tài)和ON態(tài)相當于二進制系統(tǒng)中的‘0’態(tài)和‘1’態(tài)，外加電信號相當于對信息的寫、讀或者擦除等操作。”陳彧表示。
