石墨烯有望为信息存储器“大限”解围

很多人都知道，摩尔定律揭示了信息技术神话一样的发展速度；但很多人不知道的是，2018年，以硅基材料为基础的信息存储技术将面临发展“大限”。华东理工大学特聘教授陈彧带领的课题组最近发现， 石墨烯材料能有效拓展信息存储空间，从而在以 石墨烯为基础的新型有机高分子信息存储材料研究领域取得重大进展。研究成果日前在线发表于最新一期的《英国皇家化学会评论》杂志。

　　信息存储器的发展，在很长一段时间内都遵循摩尔定律，即在价格不变的情况下，每隔18个月，集成电路中可容纳的晶体管数量及其性能便会提升一倍。自2000年以来，为满足人们对数据存储密度和存取速度日益增高的需求，微电子工业已将构成芯片的存储元件的尺寸从130纳米减小至目前的45纳米。到2018年，硅基半导体将达到16纳米的物理极限。

　　陈彧介绍说，超出这个极限，晶体管会发生漏电，集成电路里相邻存储单元间也会相互影响，存储器件的可靠性和稳定性都将大受影响。此外，硅基器件制备存在设备昂贵、光刻工艺和周边集成电路复杂、二维存储密度有限等问题。

　　“当我们从"微电子"时代步入"纳电子"时代，在开发下一代存储技术时，需要引进全新的概念、材料和技术，新材料始终是现代电子工业的基础和关注的重点。”陈彧表示。

　　陈彧告诉《中国科学报》，以高分子材料制备阻变存储器件，为超大规模集成电路的发展提供了一个新的思路。与硅基材料相比，高分子材料有明显优势，它容易加工、成本低、功耗小、重量轻、体积小、存储密度高，可以三维堆积，甚至可大面积“刷涂”在玻璃、塑料和集成电路上，还能根据需要对分子结构进行精心剪裁，调控材料和相应器件的存储性能。

　　不过，高分子材料要胜任阻变存储器件的角色，必须具有可用来实现二进制编码和数字信息存储的电双稳特征。简单地说，就是当在材料薄膜两边施加一个足够大的外电压时，器件可由低导电状态（OFF）转变为高导电状态（ON）。如果撤销外电场后还可继续稳定地保持OFF或ON态，说明器件有记忆性能，有望成为存储器件。如果通过外界刺激能将器件从ON态恢复到OFF态，则器件具有可擦写性。

　　“这里的OFF态和ON态相当于二进制系统中的"0"态和"1"态，外加电信号相当于对信息的写、读或者擦除等操作。”陈彧表示。

　　为达到这些目标，在过去3年里，陈彧课题组以石墨烯及其衍生物为构筑单元，先后创新设计和制备了一系列具有可擦写存储或一次写入多次读出功能的新型功能高分子信息存储材料，提出了“纳米预自组装”方法制备存储器件和提高器件稳定性的新思路，在《先进材料》、《美国化学会志》等期刊上发表论文16篇，研发的新型存储材料在启动电压、开关比、热稳定性、维持时间、读写循环、存储密度等多项关键指标上有所突破，部分指标接近或达到实际应用技术的需求。