新型存儲器有望推動存儲技術的變革

　　集成電路，俗稱“芯片”，是信息技術產業的核心，被譽為國家的工業糧食。而存儲器是存儲信息的主要載體，占集成電路市場的四分之一，我國存儲器市場占全球市場的一半，但缺乏自主知識產權和人才，導致高密度、大容量存儲器完全依賴進口。這給我國的信息安全帶來了極大的隱患。

　　為解決此難題，有一個團隊默默耕耘了十多年時間，正是憑著這種“把冷板凳坐熱”的精神，使他們終于摘得2016年度國家自然科學獎二等獎的桂冠。這正是中國科學院微電子研究所劉明院士領導的新型非易失存儲器研究團隊，經過15年的努力，在高密度、大容量存儲器領域積累了系統的自主知識產權、培養了人才。而他們研制的新型阻變存儲器正在推進產業化進程，有望在未來進入主流存儲器市場。

　　解密阻變存儲器

　　項目第二完成人劉琦研究員，正是團隊中的一員。回憶起與項目負責人、導師劉明院士的相識，劉琦不得不驚嘆命運對自己的眷顧。2006年劉琦還在安徽大學讀研究生的時候，被劉明院士的一場報告深深吸引，熱愛科研的他抓住機會當時就向劉明院士表達了想做聯合培養生的訴求，沒想到愿望很快實現了，自己已在這個團隊學習、工作了10年的時間。

　　他介紹說，阻變存儲器是一種新型的非易失存儲技術，與目前主流的非易失存儲器Flash Memory（閃存）相比，在性能上有極大的優勢，同時，阻變存儲器由金屬-介質-金屬構成，結構非常簡單，有利于實現三維的高密度集成，是未來大容量存儲器的有力競爭者。

　　項目歷經十余年，針對阻變存儲器機理、材料、結構、集成工藝與芯片設計等方面開展了系統深入的研究工作，也在知識產權上進行了有效的部署，這些成果為我國發展具有自主知識產權的阻變存儲技術奠定了科學和技術基礎。

　　記者了解到。該團隊積累的電荷俘獲存儲器相關技術和專利2014年轉移到武漢新芯進行產業化開發，2016年，武漢新芯憑借和微電子所的技術及人才合作成為國家存儲器產業基地，得到包括紫光集團、國家集成電路基金等共計240億美元的投資，成立了長江存儲公司。“中科院微電子所存儲器相關專利和技術是武芯存儲器產品自主研發的初始來源和主要基礎之一”。

　　科研過程漫長神秘

　　在接受《中國科學報》記者采訪之前，項目第四完成人龍世兵研究員剛剛面見了一位自己輔導的本科生。這位學生剛剛用兩個月的時間完成了40頁全英文的投稿。

　　在外加電激勵下，材料發生電阻變化的現象早在20世紀60年代就被報道，但是利用這種現象發展新型非易失存儲技術卻是從2000年才逐漸起步，龍世兵告訴記者，劉明院士團隊在2004年就開始關注阻變存儲器，研究歷程基本與國際同步。

　　在初始階段，團隊發現許多的材料體系在電激勵下都能出現電阻轉變行為，但是絕大大部分的器件都需要一個初始激活的過程，這個過程需要較大的電壓，會對器件產率、性能和可靠性造成嚴重的影響。針對這個問題，他們通過理論分析，并結合大量的實驗驗證，發現通過摻雜能夠解決上述的問題，實現了器件性能的改善和器件良率的提高。目前，這個方法已經成為阻變存儲器領域改善器件性能的常用方法之一。

　　阻變過程伴隨著一些物理化學變化，這些變化將導致導電通路在材料內部的形成和破滅，但如何觀測分析這些變化的微觀信息是一件非常困難的事情。針對這個難題，他們發展了一套原位的TEM測試方法，能夠在外加電壓下，實時地觀測材料內部導電通路的形成和破滅的過程。基于這個方法，他們首次獲得了導電通路形成和破滅動態的影像過程，這對阻變的微觀機制的研究產生了極大的推動作用。

　　理解了導電通路形成和破滅是阻變行為的根本原因，自然而然的，就想到如何控制導電通路的形成和破滅的過程，這對器件性能的改善至關重要。因此，進一步發展了電場增強的調控思想，實現了導電通路生長過程的人為調控，為阻變存儲器大規模集成提供了解決方案。

　　產業化的美好愿景

　　王艷作為項目第五完成人，跟記者講述了獲獎后的心路歷程。她認為自己的生活和心態沒有什么變化，獲獎是對團隊多年工作的一個認可，也是一種鼓勵。

　　她覺得作為一名女同志，在工作中跟男同事并沒有什么不同之處。科研工作需要專注和投入，也需要成員之間互相幫助，并表示慶幸自己處在這樣一個團隊中。她說，導師劉明院士是一位非常優雅溫和的女性，對待工作非常認真，遇到困難向她求助，她會竭盡所能的給予幫助。待人真誠，也沒什么架子。

　　整個團隊在導師的帶領下，形成了真誠樸實的工作氛圍。團隊成員之間也都相識多年，一起把阻變存儲器這個課題一點一點做起來，從原理探索，性能改進，到商業化應用探索。她表示一直以來得到大家很多幫助，能成為這個團隊的一份子是一件很幸運的事情。

　　劉琦介紹說，團隊在開展基礎研究的同時，也注重阻變存儲器的應用研究。一方面，注重知識產權的保護，目前已經申請近百項的專利，集中在材料、結構、工藝、算法、電路等方面，其中已經獲得美國授權專利8項，中國授權專利50多項。另一方面，也在積極地將成果向產業轉移，目前正在跟中芯國際、北京智芯微電子科技有限公司聯合開發28nm的RRAM量產工藝及產品應用開發，希望能夠推動中國存儲器產業自主快速發展。