憶阻器的發(fā)展是半導(dǎo)體行業(yè)的一大革新，在現(xiàn)有AI和5G發(fā)展的大趨勢(shì)下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發(fā)揮出來，而憶阻器與存算一體技術(shù)則是目前最好的方案。

集微網(wǎng)消息，近年來，華為逐漸布局憶阻器芯片領(lǐng)域，利用憶阻器的工作特性將普通信號(hào)轉(zhuǎn)換成可控電壓電流，從而在物理上模仿神經(jīng)元與神經(jīng)突觸的運(yùn)作，將儲(chǔ)存、計(jì)算功能合二為一，降低同類芯片成本的同時(shí)，能大大提升計(jì)算效率，在消費(fèi)電子領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。

憶阻器是近些來迅速發(fā)展的具有記憶效應(yīng)的非線性電阻，它的記憶效應(yīng)使得其在存儲(chǔ)器件、圖像傳感器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳感等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。由于納米粒子材料具有常規(guī)材質(zhì)所不具備的優(yōu)異性能，當(dāng)入射光子頻率與納米粒子的集體振動(dòng)頻率相匹配時(shí)，可以產(chǎn)生等離子體共振（LSPR），即產(chǎn)生光譜的特征吸收峰。憶阻器可利用納米粒子的LSPR特性對(duì)周圍介質(zhì)的折射率進(jìn)行傳感，間接應(yīng)用到傳感器方面，然而納米粒子只能對(duì)單一頻段光響應(yīng)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感，限制了憶阻器的大范圍應(yīng)用。

針對(duì)這一問題，早在2015年6月5日，華為公司就提出一項(xiàng)名為“一種憶阻器和傳感器”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01510306360.9），申請(qǐng)人為華為技術(shù)有限公司與南京大學(xué)。

圖1 憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖

此專利提出了一種新型憶阻器，能夠?qū)Σ煌l率的光進(jìn)行強(qiáng)烈吸收，以產(chǎn)生不同響應(yīng)波長(zhǎng)的 LSPR 現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感。憶阻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括反應(yīng)電極102、轉(zhuǎn)換層103和非反應(yīng)電極 104，并依次并排在襯底表面，反應(yīng)電極和非反應(yīng)電極分別位于轉(zhuǎn)換層的兩側(cè)并均與轉(zhuǎn)換層形成電接觸，利用這種結(jié)構(gòu)，光可以避開轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的電極而直接照射在轉(zhuǎn)換層上，更有利于該憶阻器在傳感器方面的應(yīng)用，提高傳感的靈敏度、選擇性、集成性。

圖2 憶阻器制備流程圖

此專利提出的憶阻器制備流程如圖2所示，首先提供襯底，在襯底表面旋涂光刻膠，利用正性光刻膠的性能和無掩膜紫外光刻法得到反應(yīng)電極圖形，進(jìn)而在帶有反應(yīng)電極圖形的襯底上，利用磁控濺射法生長(zhǎng)反應(yīng)電極。在步驟S102中，在襯底的表面同樣利用正性光刻膠的性能和無掩膜紫外光刻法得到轉(zhuǎn)換層圖形，之后在轉(zhuǎn)換層圖形上利用脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)制備轉(zhuǎn)換層。最后在襯底的表面制作非反應(yīng)電極圖形與非反應(yīng)電極。

圖3 憶阻器中轉(zhuǎn)換層析出局部圖與射線能量

在對(duì)此憶阻器進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，施加一個(gè)橫向電場(chǎng)，圖3左側(cè)展示了電場(chǎng)處理后轉(zhuǎn)換層中的析出相在銅網(wǎng)上的高分辨透射電子顯微像（HRTEM）圖像，這些析出相是由許多直徑約為 10nm 的顆粒構(gòu)成，其傅里葉變換圖像如左上角所示，展示了析出相的晶面指數(shù)。對(duì)左圖中某一點(diǎn)采用高角環(huán)形暗場(chǎng)探頭(HAADF)進(jìn)行X射線能量色散光譜（EDS）分析，結(jié)果如圖3右側(cè)，表明該析出的枝晶狀的納米線。經(jīng)測(cè)試，該憶阻器對(duì)不同頻率的光均有強(qiáng)烈的吸收，產(chǎn)生不同響應(yīng)波長(zhǎng)的 LSPR 現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感。

憶阻器的發(fā)展是半導(dǎo)體行業(yè)的一大革新，在現(xiàn)有AI和5G發(fā)展的大趨勢(shì)下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發(fā)揮出來，而傳統(tǒng)芯片利用存儲(chǔ)芯片來存儲(chǔ)信息，中央處理器來負(fù)責(zé)計(jì)算，當(dāng)數(shù)據(jù)量變大時(shí)，芯片之間的信息傳輸會(huì)造成功耗增加、額外延遲，而且芯片成本也高，而憶阻器與存算一體的發(fā)展則能夠很好的解決這一問題，相信隨著未來半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，憶阻器這一新型器件一定能夠走上產(chǎn)業(yè)化的道路，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。