中国成功研发最小尺寸相变存储单元，突破冯·诺依曼架构限制

据中国科学院上海微系统与信息技术研究所的消息，该所的研究团队由宋志棠和王浩敏领导，首次通过GNR边缘接触技术成功制造出全球最小的相变存储单元器件。

7月18日，该团队的研究成果以《利用石墨烯纳米带边接触实现相变存储器编程功耗的最小化》（Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact）为题，在线公开发表在《先进科学》期刊上。

据悉，现代数据的生产正在以飞速的速度增长，传统的冯·诺依曼计算结构已经成为未来提升计算性能的主要障碍。

而相变随机存取存储器（PCRAM）结合了存储与计算功能，是破解冯·诺依曼计算瓶颈的理想选择。

PCRAM具备非易失性、较快的编程速度以及较长的循环寿命等优势，但其相变材料与加热电极之间较大的接触面积导致相变存储器的操作功耗较高，因此如何降低功耗成为了相变存储器未来发展的最大挑战之一。

研究团队利用石墨烯边界作为电极接触相变材料，从而实现超过万次的循环寿命。

当GNR的宽度减小到3纳米时，其横截面面积为1平方纳米，RESET电流降至0.9 μA，写入能耗降低至约53.7 fJ。这一功耗比目前最先进工艺制造的存储单元低近两个数量级，几乎是由碳纳米管裂缝（CNT-gap）维持的原有最小功耗世界纪录的一半。

中国科学院指出，这是国际上首次运用GNR边界接触技术实现极限尺寸的高性能相变存储单元，该器件尺寸接近相变存储技术的缩放极限。这一新型相变存储单元的成功开发标志着PCRAM在低功耗条件下执行逻辑运算的重大进展，为未来内存计算开辟了新的技术方向。

采用GNR边缘接触技术制造的当前全球最小相变存储单元器件（a）示意图；（b）功耗与接触面积的关系。

器件循环寿命对偏压极性的依赖。（a）测量设置示意图；（b）~3 nm宽的GNR边界电极相变存储单元在不同电压极性条件下的循环寿命。

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