近年来, 相变存储器技术作为一种能改变游戏规则的新兴技术, 逐渐成为替代计算机随机存取存储器的潜在选择. 相变存储芯片利用热使材料的相态从非晶型变成晶型, 具有速度快, 功耗低, 尺寸小等特点, 使更小, 更强的计算系统研发成为可能. 然而, 相变存储器由于在质量一致性和耐久性等方面的挑战, 一直无法实现大规模量产.
耶鲁大学和IBM的研究人员认为准确理解器件的相变行为是消除障碍, 解决相变存储器实用性问题的关键. 近期, 他们利用耶鲁大学纳米科学和量子工程研究所 (YINQE) 的原位透射电子显微镜对相变存储器的相变过程进行了观察和研究, 并找到了如何实现相变材料空洞缺陷 '自我修复' 的方法, 成功研发出了新型可自愈封闭型相变存储器. 该研究成果已发表在顶级期刊《先进材料》上. 存储器相变材料的空洞缺陷是由于化学分离所导致的材料损耗所留下的纳米尺度的缺陷空间, 是引起相变存储器实用性问题的罪魁祸首.
标准的相变存储器具有类似蘑菇的伞状结构, 耶鲁-IBM研究团队将新型相变存储器结构改为由金属层包围的封闭式倒锥状结构以增强器件的稳定性和耐久性. 外衬的金属层对相变材料起到了保护的作用, 并可以较小相变存储器的电阻漂移, 改善器件的整体性能.
通过透射电镜观察相变过程, 研究人员看到了改变器件结构和增加金属外衬层后, 相变存储器获得自修复特性的效果, 这使得锗-锑-碲 (GST) 材料的相变过程更加的可控.
研究人员透露, 下一步还将开发一种双极运行模式, 以改变电压的方向, 从而控制化学分离过程. 在正常的运行模式下, 器件电压偏置的方向总是相同的. 下一步目标的实现将有望进一步延长相变存储器的生命周期.