石墨烯有望成为半导体存储技术的替代或补充技术

石墨烯有望成为半导体存储技术的替代或补充技术

由华东理工大学教授陈彧博士领衔的科技团队,经3年多潜心研究,创新设计制备出基于石墨烯的一系列新型非易失性高分子信息存储功能材料,有望成为目前基于硅的半导体存储技术的潜在替代或补充技术。

非易失性存储芯片(即使关闭电源,存储器仍然能保留存储的信息)在我国每年约有2200亿元的市场总额,但国内生产却几近空白。在电脑、手机、数码相机等电子产品中,使用的主流存储技术仍然是硅基存储技术。随着社会步入信息时代,要求存储器具有更大的数据存储密度和更快的获取信息能力。为此,微电子工业需要将更多更小尺寸的存储元件集成在单块芯片上。目前单个存储单元的尺寸已经从2000年的130 nm缩小到2011年的45 nm,预计到2018年将达到16 nm的硅基半导体的物理极限。超过这个极限,存储器件的可靠性和稳定性将受到极大影响。国际半导体工业协会认为,现存的信息存储技术将渐渐走到发展尽头。

2006年,国家将“突破制约信息产业发展的核心技术”、“掌握集成电路及关键元器件等核心技术”列入国家科学和技术长远发展规划。从2008年开始,陈彧团队通过调控固体薄膜形貌等手段创新设计和制备了一系列高性能高分子信息存储功能材料。其中基于石墨烯的高分子信息存储材料的设计和制备是国际上开展最早、成果最为突出的工作。

石墨烯以其独特的二维结构和优异的电学、光学、热学和机械性能,备受科研机构的关注,迅速成为材料、化学、物理和工程领域的研究热点。石墨烯的空穴/电子迁移率在已知半导体材料中最高。陈彧团队研发的新型存储材料在多项关键指标上取得新突破,部分指标接近或达到了实际应用技术的需求。与硅基材料相比,高分子信息存储材料有明显的优势,容易加工、成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高,可以三维堆积,甚至可以大面积“刷涂”在玻璃、塑料和集成电路上,还能根据需要对分子结构进行剪裁,调控材料和相应器件的存储功能。

虽然近年来国内外在高分子存储材料研究方面取得了一些较突出的进展,但与无机硅存储器相比,在响应速度、开关比、读写循环次数、热稳定性、器件维持时间等方面还存在较大差距,离实际应用还有较长的路要走。

(摘编)