近日，據華中科技大學集成電路學院發文稱，學院團隊研制出全世界功耗最低的相變存儲器。這種新型網狀非晶結構的相變存儲器功耗達到了0．05pJ（1pJ ＝ 1e－12J J為焦耳 pJ為皮焦耳）以下，比主流產品功耗低了一千倍。除了低功耗以外，該相變存儲器擁有一致性好且壽命長的優點。該成果以“Designing Conductive－Bridge Phase－Change Memory to Enable UltralowProgramming Power”為題發表在《AdvancedScience》上。

相變存儲器就是利用特殊材料在晶態和非晶態之間進行可逆轉變，被業界認為是下一代存儲技術的最佳解決方案之一。但其自身也存在一些缺陷，特別是寫性能、寫功耗和寫壽命問題，一直都是業內想要攻克的目標。

2015年，Intel和Micron推出了傲騰三維相變存儲芯片，速度和壽命比固態閃存硬盤要快一千倍，其三維堆疊技術也使容量高出了十倍。

然而，由于在相變過程中需要將存儲介質熔化冷卻，導致相變存儲器的功耗極高且發熱嚴重，限制了存儲容量的進一步提高，也大大增加了其制造成本。目前最先進的幾十納米制程的單個相變存儲單元擦寫功耗達到了40pJ左右，而實驗室制備的百納米大小的器件功耗達到1000pJ以上。而華中科技大學團隊研發的這相變存儲器，功耗達到了0．05pJ以下。

Ｔ型結構是相變存儲器最基礎的一種結構 ，對比其他結構由于其平面面積較小被廣泛應用于芯片的制備之中，也是通常所說的“蘑菇結構”。與之不同的是這種新型存儲器利用相變材料的自發分相在介質中形成了一些“導電島”，顯示可編程層具有項鏈狀網絡，而對該存儲器的擦寫只需要將這些島鏈接或者斷開即可。這種結構的相變存儲器在制備工藝上同樣具有很大優勢，到目前為止，所有降低功耗的方法都遵循功耗和數據存儲設備大小之間的直接縮放關系，這提高了器件制備的工藝難度，網狀非晶結構的相變存儲打破了功耗與器件大小的比例依賴關系，使之無需添加復雜的制造工藝。

在此之前，全世界功耗最低的相變存儲器是由碳納米線實現的，然而這種碳納米線工藝要實現大規模半導體制造還需要很長的時間。

據華中科技大學集成電路學院官網文章指出，該研究是在國家自然科學基金、國家重點研發計劃和國家02專項的資助下開展，受到了中科院上海微系統所朱敏研究員的傾力相助。

值得注意的是，朱敏所屬的中科院上海微系統所在相變材料和開關器件性能領域的研究一直走在世界前列，包括朱敏本人也在2017年，和他的團隊創造了700皮秒相變存儲器操作速度的世界紀錄，研究成果也在《科學》發表。

存儲器是現代信息系統最關鍵的組件之一，直接關系到國家的信息安全。然而，現有的主流存儲器內存和閃存，因無法兼具高速與高密度特性，難以滿足指數型增長的數據存儲需要，急需發展下一代海量高速存儲技術。

另一方面，我國的存儲器更是嚴重依賴于進口。據國家統計局公布的數據，目前中國每年的集成電路產品進口量已經超過石油，在進口的集成電路中，存儲器更是占據80％的市場數量份額。僅2020年我國集成電路芯片進口總額為24207億元，接近石油原油進口額的兩倍，其中存儲器芯片占比約1／3。

隨著數字經濟、5G、物聯網、人工智能新興應用場景對存儲提出了更高的性能要求，數據爆發式增長，人類社會正步入到以大數據為特征的智能化時代，新型存儲器迅速發展，勢必會影響未來存儲器市場格局。

我國正在大力發展存儲產業，除了在傳統存儲器上努力實現追趕，PCM相變儲存器作為新型中最有可能完全替代DRAM的新型NVM技術之一，將是國內未來存儲產業生態的重要部分，也是實現存儲技術彎道重要機遇。