内存设备和神经形态计算芯片均受益！新方法主打“低功耗、高性能”

财联社7月24日讯（编辑黄君芝）据报道，沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）领导的研究人员发现了一种质子介导的方法，可以诱导铁电材料中的多相转变，可能促进高性能低功耗存储设备和神经形态计算芯片的发展。

该研究小组表示，这种方法为高性能存储设备的创造铺平道路，包括受大脑启发的神经形态计算芯片。最新研究成果已于近期发表在了《先进科学》杂志上。

他们解释称，像硒化铟这样的铁电材料本质上是极化的，当受到电场作用时可以改变极性。这种特性使它们成为内存技术开发的一个有吸引力的选择。由此产生的存储器件在低电压下工作时，具有卓越的读/写耐久性和写入速度。然而，它们的存储容量有限。

该研究的联合负责人Xin He解释说，容量限制源于目前的技术只能诱导少数几个铁电相，而记录这些铁电相给实验带来了巨大挑战。

据悉，该团队的新方法依赖于硒化铟的质子化，以产生大量的铁电相。研究人员将铁电材料放入由硅支撑的堆叠异质结构组成的晶体管中进行评估。

具体而言，他们在异质结构上层叠了一层硒化铟薄膜，异质结构由嵌套在底部铂层和顶部多孔二氧化硅之间的氧化铝绝缘片组成。铂层充当外加电压的电极，而多孔二氧化硅则充当电解质，为铁电薄膜提供质子。

然后，研究人员通过改变施加的电压，逐渐从铁电薄膜中注入或去除质子。这可逆地产生了几个具有不同程度质子化的铁电相，这对于实现具有大量存储容量的多级存储器件至关重要。

他们发现，较高的正电压能增加质子化，而较高的负电压则可以显著降低质子化水平。此外，质子化水平的变化还取决于薄膜层与二氧化硅的距离。在与二氧化硅接触的底层，质子化水平达到最高值，而在顶层，质子化水平逐级降低，达到最低值。

通过创造一种与二氧化硅具有平滑、连续界面的薄膜，研究小组实现了一种质子注入效率高、工作电压低于 0.4 伏特的设备。这是开发低功耗存储器件的一个重要因素。

他们承认，降低工作电压是一项重大挑战，但解释说，界面上的质子注入效率可以控制工作电压，并可进行相应调整。

“我们面临的最大挑战是降低工作电压，但我们意识到，接口上的质子注入效率控制着工作电压，并可以进行相应的调整。我们致力于开发能耗更低、运行更快的铁电神经形态计算芯片。”他们补充说。

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