突破馮·諾依曼構架瓶頸 中國研製出最小尺寸相變儲存單元

據中國科學院上海微系統與資訊科技研究所訊息，該所研究員宋志棠、王浩敏組成聯合研究團隊，首次採用GNR邊緣接觸製備出目前世界上最小尺寸的相變儲存單元器件。

7月18日，相關研究成果以《透過石墨烯奈米帶邊界接觸實現相變儲存器程式設計功耗最小化》（Minimizing the programming power of phase change memory by using graphene nanoribbon edge-contact）為題，線上發表在《先進科學》上。

據瞭解，當今資料生產呈現爆炸式增長，傳統的馮·諾依曼計算架構已成為未來繼續提升計算系統性能的主要技術障礙。

而相變隨機存取儲存器（PCRAM）可以結合儲存和計算功能，是突破馮·諾依曼計算構架瓶頸的理想路徑選擇。

PCRAM具有非易失性、程式設計速度快和迴圈壽命長等優點，但其中相變材料與加熱電極之間的接觸面積較大，造成相變儲存器操作功耗較高，如何進一步降低功耗成為相變儲存器未來發展面臨的最大挑戰之一。

研究團隊採用石墨烯邊界作為刀片電極來接觸相變材料，可實現萬次以上的迴圈壽命。

當GNR寬度降低至3nm，其橫截面積為1nm2，RESET電流降低為0。9 μA，寫入能耗低至~53。7 fJ。該功耗比目前最先進製程製備的單元器件低近兩個數量級，幾乎是由碳奈米管裂縫（CNT-gap）保持的原最小功耗世界紀錄的一半。

中國科學院稱，這是目前國際上首次採用GNR邊緣接觸實現極限尺寸的高效能相變儲存單元，器件尺寸接近相變儲存技術的縮放極限。該新型相變儲存單元的成功研製代表了PCRAM在低功耗下執行邏輯運算的進步，為未來記憶體計算開闢了新的技術路徑。

採用GNR邊緣接觸製備出目前世界上最小尺寸的相變儲存單元器件（a）相變儲存單元結構示意圖；（b）功耗與接觸面積的關係。

器件迴圈壽命的偏壓極性依賴性。（a）測量設定示意圖；（b）~3 nm 寬 GNR 邊界電極相變儲存單元在不同電壓極性下的迴圈壽命。