后摩尔时代新技术的爆发
摩尔定律被半导体行业视为金科玉律。它揭示了半导体行业发展的速度和规律。但是随着科技迅猛发展,摩尔定律正逐渐的超出并且失效。
在2005年,国际半导体技术路线图组织(ITRS)提出了“后摩尔定律”,以多重技术创新应用向前发展,将硅基和非硅基等技术相结合,以应对和满足未来市场的需求。
2012年,美国电气和电子工程协会撰写了一篇长文《超越摩尔》。中科院计算技术研究所研究员闵应骅对此进行了译介。闵应骅说,未来半导体工业有可能从“硅时代”进入“碳时代”。
目前光刻技术高度发达,主流的晶圆制程为14NM和7NM,最小制程已经达到了5NM。晶圆的微缩已经趋于物理极限。
因此,电子存储行业的“后摩尔时代”已经悄然到来。在这样的情况下,全球都在发展新的存储技术。
尽管我国受到了国外的技术封锁,半导体整体行业发展不足。但是“后摩尔时代”在新存储技术的研发上,我国将和国外是站在同一起跑线上的。目前我国在一些新的存储技术的发展上已经取得了巨大的进展。
RRAM(忆阻器)
忆阻器是华裔蔡少棠教授在90年代首先提出的。
在2008年惠普在《自然》公开忆阻器研究成果,表示忆阻器的存储性能将远胜于DRAM和NAND。
2012年勒菲尔德大学托马斯博士及其同事制作出了一种具有学习能力的忆阻器。
2015年美国Stony Brook大学和California Santa Barbara大学用忆阻器构造了神经网络,并且成功识别出三个字母。
在2016年,中国浙江大学和英国剑桥大有一项合作是将忆阻器植入人体,使其在疾病诊断中发挥作用。
2017年,《纳米尺度》以内封面论文形式在线刊登了缪向水教授团队关于非易失性忆阻器计算技术的研究成果,以《在二氧化铪存储器阵列中实现非易失性可重构时序逻辑》为题,报道了在忆阻器规模阵列中实现可重构逻辑功能的新方案。忆阻器相关研究先后获得国家自然基金项目、国家重点研发计划项目、国家863主题项目、国家国际合作项目、国家重大专项的支持。
目前,我国已经能够制出纳米级性能稳定的忆阻器原型器件。
忆阻器不仅将成为内存、闪存的最佳替代者,而且它的应用远不止这么简单。它在人工智能上也将产生巨大的作用。目前在忆阻器技术上国际竞争已经达到了白热化的程度。
准非易失性存储器
近日,复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏团队在《自然·纳米技术》发表了《用于准非易失应用的范德瓦尔斯结构半浮栅存储》,介绍了最新研发的新存储技术。
这项研究创新性地选择了多重二维材料堆叠构成了半浮栅结构晶体管,二硫化钼、二硒化钨、二硫化铪分别用于开关电荷输运和储存,氮化硼作为隧穿层,制成阶梯能谷结构的范德瓦尔斯异质结。
新型存储技术,既满足了10纳秒写入数据速度,又实现了按需定制(10秒-10年)的可调控数据准非易失特性。这种全新特性不仅在高速内存中可以极大降低存储功耗,同时还可以实现数据有效期截止后自然消失,在特殊应用场景解决了保密性和传输的矛盾。
据介绍,新型存储技术的存储器写入速度比目前U盘快10000倍,数据刷新时间是内存技术的156倍,并且拥有卓越的可调控性,可以实现按照数据有效时间需求设计存储器结构。
在后摩尔时代,半导体领域新的存储技术、新的介质材料的研究非常重要。如果现在我国拥有和国外站在同一起跑线的机会,却没有重视,那么未来,我国在半导体行业的发展方面和国外的差距将变得无法弥补。
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