浙江大学集成电路学院科创百人计划研究员张亦舒，长期从事新型忆阻器件（RRAM、PCRAM、FeRAM）和神经形态器件与系统的研发工作。近日，张亦舒教授和他的科研团队，也即浙江大学先进存储器件团队，研究创新了一种具有超低电压斜率的双层易失性忆阻器。大数据时代的到来，数据前所未有的激增，需要大幅度增强集成电路（IC）芯片的信息处理和存储能力。
在过去的几十年里，主要依靠互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术的计算机系统性能取得了重大提高。然而，随着特征尺寸的不断小型化，这种成熟的半导体技术面临着与物理量子极限和漏电流的严峻挑战。面对这些挑战，人们正在探索替代技术以克服现有半导体技术的局限性。在有前途的候选者中，忆阻器由于其独特的性质和潜在优势而引起了极大的关注。
在张亦舒科研团队的研究中，介绍了一种创新型的双层氧化物挥发性电阻存储器，其结构为Ag/TaOx/ZnO/Pt。与传统的Ag/ZnO/Pt器件相比，这种设计的主要差异在于引入了一层薄的TaOx层，置于电解质和活性电极之间。他们的器件展现出一系列显著的特征，其中包括前所未有的低开关电压斜率，仅为0.221 mV/dec。这一特性使得器件在工作时能够以更低的电压进行切换，从而大大降低了能耗。此外，阈值电压也可以降低至0.177 V，进一步提升了器件的性能。
为了进一步阐明器件性能的提升原因，他们利用了第一性原理计算。研究结果显示，在辅助TaOx层中氧空位的形成能相对较高，这有助于精细控制银导电纳米丝的断裂和形成，从而优化了器件的导电性能，这些特性使得双层氧化物挥发性电阻存储器在低功耗和高性能方面具有巨大的潜力，为下一代存储器件的发展提供了重要的指导和参考。
这项工作奠定了设计高性能易失性忆阻器和开发低功耗紧凑型存储器技术的基础。双层结构相较于单层结构具有优势，因此值得对多层忆阻器件工程进行进一步研究。同时他们也为研究多层忆阻器提供了一个新的思路。
2023年11月7日，由人力资源和社会保障部、山东省人民政府共同主办的第二届全国博士后创新创业大赛总决赛在烟台八角湾国际会展中心举行。浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）百人计划研究员张亦舒团队的“超视觉感存算一体高能效智能芯片”项目荣获海外（境外）赛新一代信息技术赛道银奖。
2010年武穴中学毕业生，考入吉林大学电子科学与工程学院微电子专业，现为浙江大学求是科创学者，博士生导师。2014年在吉林大学电子学院获得微电子学士学位，之后在新加坡科技设计大学工程产品开发系获得工程博士学位，博士期间在韩国成均馆大学和新加坡资讯通讯研究所访问实习一年。
随后在新加坡国立大学石墨烯研究中心担任博士后研究员（合作导师loh kian ping教授），2021年11月加入浙江大学微纳电子学院和杭州国际科创中心未来科学研究院。主要研究方向包括二维新型忆阻器件（rram, pcram，feram）和神经形态计算器件与系统。在nature communications, nano letters, acs nano, advanced functional materials 等国际权威期刊发表论文十余篇，其中第一作者/共同一作6篇。相关研究成果曾获amd, 联发科，意法半导体等知名半导体公司颁发的海报奖。曾获2019年国家优秀自费留学奖学金，现在浙江大学集成电路学院任百人研究员。
信息来源：期刊：Appl. Phys. Lett. 124, 103502 (2024)
通讯员丨帅又龙
