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研究员发现柔性电子的生态系统中,拥有存储器选项是非常重要的

2021-09-13 11:49:38    来源:cnBeta

要想让粘贴式显示器、智能绷带和廉价的柔性塑料传感器真正起飞,它们将需要某种可以建立在塑料上长期存储数据的方法。 在柔性电子的生态系统中,拥有存储器选项是非常重要的。

但是今天的非易失性存储器版本,如闪存,并不是很适合。因此,研究人员决定尝试将一种相变存储器适应于塑料时,他们得到了一种更好工作的存储器,因为它是建立在塑料上的。重置存储器所需的能量比以前的柔性版本低一个数量级。他们本周在《科学》杂志上报告了他们的发现。

相变存储器(PCM)对塑料电子产品来说不是一个明显的胜利。它以电阻状态存储其位。在其结晶阶段,它的电阻很低。但在设备中运行足够的电流会融化晶体,使其在非晶相中冻结,从而具有更高的电阻。这个过程是可逆的。重要的是,特别是对于实验性的神经形态系统,PCM可以存储中间水平的电阻。因此,一个单一的设备可以存储多于一个比特的数据。

不幸的是,通常涉及的一组材料在像塑料这样的柔性基材上不能很好地工作。研究人员决定尝试一种叫做超晶格的材料,即由不同材料纳米层组成的晶体。在研究这些超晶格时,研究人员得出结论,它们应该是非常热绝缘的,因为在其结晶形式下,层与层之间存在原子级的间隙。这些"类似范德瓦尔斯的空隙"既限制了电流的流动,也限制了热量。因此,当电流被迫通过时,热量不会迅速从超晶格中流走,这意味着从一个阶段切换到另一个阶段需要更少的能量。

研究人员进行了100多次尝试,以产生具有正确范德瓦尔斯间隙的超晶格。一张黑白的显微照片,标记为5nm的超晶格结构由碲化锑和碲化锗的交替层形成。层与层之间形成类似范德瓦尔斯的空隙,限制了电流和热量的流动。

研究人员通过将电流限制在一个600纳米宽的孔状结构中来保持记忆装置中的热量,该结构被绝缘的氧化铝所包围。最后一层绝缘层是塑料本身,它对热流的抵抗力比通常建立在硅上的PCM要好得多。完成的装置的电流密度约为每平方厘米0.1兆安培,比传统的硅上PCM低两个数量级,比以前的柔性装置好一个数量级。此外,它显示了四种稳定的电阻状态。所以它可以在一个设备中存储多个比特的数据。

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