新型相變存儲材料研究取得重大突破

　　近年來，中國科學院上海微系統與信息技術研究所聯合中芯國際集成電路制造有限公司，選擇以嵌入式相變存儲器（ＰＣＲＡＭ）為切入點，在國家重點研發計劃納米科技重點專項、國家科技重大專項“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”專項、國家自然科學基金、中科院Ａ類戰略性先導科技專項、上海市領軍人才及上海市科委等項目的資助下，經過十余年的研究，在存儲材料篩選、嵌入式器件設計、ＰＣＲＡＭ的基礎制造技術取得系列重要科技進展。

 

　　近日，由上海微系統與信息技術研究所所長宋志棠帶領的科研團隊在新型相變存儲材料方面取得重大突破，創新提出一種高速相變材料的設計思路，即以減小非晶相變薄膜內成核的隨機性來實現相變材料的高速晶化。通過第一性理論計算與分子動力學模擬，從眾多過渡族元素中，優選出鈧（Ｓｃ）作為摻雜元素，設計發明了低功耗、長壽命、高穩定性的Ｓｃ－銻（Ｓｂ）－碲（Ｔｅ）材料，Ｓｃ與Ｔｅ形成的穩定八面體，成為成核核心，是實現高速、低功耗存儲的主要原因，該材料擁有獨立的自主知識產權。利用０．１３ｕｍＣＭＯＳ工藝制備的Ｓｃ－Ｓｂ－Ｔｅ基相變存儲器件實現了７００皮秒的高速可逆寫擦操作，循環壽命大于１０７次。相比傳統Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ器件，其操作功耗降低了９０％，且十年的數據保持力相當；通過進一步優化材料與微縮器件尺寸，Ｓｃ－Ｓｂ－ＴｅＰＣＲＡＭ綜合性能將會得到進一步提升。

 

　　最近發表的《科學》雜志以Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ｓｕｂｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｍｅｍｏｒｙ ｗｒｉｔｉｎｇ為題，在線發表了這一重要研究成果。

 

　　據了解，Ｓｃ－Ｓｂ－Ｔｅ相變存儲材料的重大發現來自于上海微系統所科研團隊在相變存儲器方面的長期科研工作積累。該科研團隊陸續開發出我國第一款８ＭｂＰＣＲＡＭ試驗芯片，發現了比國際量產的Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ性能更好的Ｔｉ－Ｓｂ－Ｔｅ自主新型相變存儲材料，開發基于０．１３ｕｍＣＭＯＳ工藝的打印機用嵌入式ＰＣＲＡＭ產品已獲得首個１５００萬顆的訂單；該所自主研發的雙溝道隔離的４Ｆ２高密度二極管技術，自讀存儲器已開始送樣，晶體管密度達到國際先進水平；４０ｎｍ節點ＰＣＲＡＭ試驗芯片的單元成品率達９９．９９％以上，４Ｍｂ、６４Ｍｂ不加修正的芯片在先進信息系統上實現試用。

 

　　Ｓｃ－Ｓｂ－Ｔｅ新型相變存儲材料的重大發現，尤其是在高密度、高速存儲器上應用驗證，對于我國突破國外技術壁壘、開發擁有自主知識產權的存儲器芯片具有重要的價值，對我國的存儲器跨越式發展、信息安全與戰略需求具有重要意義。

 

　　集成電路產業是“十三五”國家戰略性新興產業之一，而存儲器是集成電路最重要的技術之一，是國家核心競爭力的重要體現。我國作為全球電子產品的制造基地，存儲器的自給能力還相對較弱。國外三星、英特爾等大型半導體公司對存儲器技術與產品壟斷，對我國信息產業發展與信息安全形成重大隱患，這一創新成果的發現將對推動我國集成電路產業的發展起到重要作用。（陳生）

 

　　轉自：中國高新技術產業導報