如前文所述，cbPCM的擦寫能耗可以達(dá)到達(dá)到極低的幾十個(gè)fJ，對(duì)于典型的PCM設(shè)備每次擦寫操作需要幾十個(gè)pJ到幾十個(gè)nJ，cbPCM的能耗降低到了典型PCM的千分之一級(jí)別。在此工作之前，全世界功耗最低的相變存儲(chǔ)器是由碳納米線實(shí)現(xiàn)的，其擦寫能耗約為100fJ，通過使用自對(duì)準(zhǔn)的GST納米線和CNT電極，能耗可以進(jìn)一步降低到約80fJ，然而這種碳納米線工藝要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模半導(dǎo)體制造還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。下圖中展示了典型PCM設(shè)備中擦寫能量值與電極接觸面積的關(guān)系（虛線所示），可以看到基于GSO的設(shè)備具有超低編程能耗，在正常尺寸下功耗遠(yuǎn)低于典型PCM設(shè)備，打破了之前所有設(shè)備建立的功耗與電極接觸面積的比例關(guān)系。因此，cbPCM的功耗和制備難度方面相比于典型PCM和碳納米線器件都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

本工作利用精心設(shè)計(jì)的GSO合金成功設(shè)計(jì)和制造了納米級(jí)導(dǎo)電橋PCM器件，打破了能量大小的直接尺度相關(guān)性，達(dá)到了相變存儲(chǔ)單元的低編程能量。該合金與目前的半導(dǎo)體生產(chǎn)線兼容，并可以實(shí)現(xiàn)一次性濺射，確保簡(jiǎn)單和低成本的生產(chǎn)。此外，該相變材料也在未來(lái)表現(xiàn)出更多的用途，例如基于GSO的單元也可以呈現(xiàn)多級(jí)電阻能力，可以通過更強(qiáng)的重置脈沖來(lái)增加或斷開更多的連接橋，或使用更長(zhǎng)的SET脈沖來(lái)結(jié)晶更大比例的非均勻網(wǎng)絡(luò)，這種編程模式帶來(lái)的波動(dòng)和可變性可以應(yīng)用在對(duì)隨機(jī)相變神經(jīng)突觸的模擬，在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)編碼和傳輸中起著關(guān)鍵作用。隨著GSO單元接近生物神經(jīng)電脈沖的功耗，該cbPCM器件的性能將優(yōu)于傳統(tǒng)的基于GST的PCM器件。

該成果以“Designing Conductive-Bridge Phase-Change Memory to Enable Ultralow Programming Power”為題發(fā)表在《AdvancedScience》上。論文的第一作者為楊哲博士、王疆靖博士、李博文。通訊作者為徐明教授、繆向水教授、張偉教授和馬恩教授。該研究是在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家02專項(xiàng)的資助下開展的，材料的實(shí)驗(yàn)表征受到了中科院上海微系統(tǒng)所朱敏研究員的傾力相助。

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【來(lái)源：華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院】

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