研究人員開發超晶格材料記憶體 用於柔性電子可穿戴設備
要想讓粘貼式顯示器、智慧繃帶和廉價的柔性塑膠感測器真正起飛,它們將需要某種可以建立在塑膠上長期存儲數據的方法。 在柔性電子的生態系統中,擁有記憶體選項是非常重要的。
但是今天的非易失性記憶體版本,如快閃記憶體,並不是很適合。 因此,研究人員決定嘗試將一種相變記憶體適應於塑膠時,他們得到了一種更好工作的記憶體,因為它是建立在塑膠上的。 重置記憶體所需的能量比以前的柔性版本低一個數量級。 他們本周在《科學》雜誌上報告了他們的發現。
相變記憶體(PCM)對塑膠電子產品來說不是一個明顯的勝利。 它以電阻狀態存儲其位。 在其結晶階段,它的電阻很低。 但在設備中運行足夠的電流會融化晶體,使其在非晶相中凍結,從而具有更高的電阻。 這個過程是可逆的。 重要的是,特別是對於實驗性的神經形態系統,PCM可以存儲中間水準的電阻。 因此,一個單一的設備可以存儲多於一個比特的數據。
不幸的是,通常涉及的一組材料在像塑膠這樣的柔性基材上不能很好地工作。 研究人員決定嘗試一種叫做超晶格的材料,即由不同材料納米層組成的晶體。 在研究這些超晶格時,研究人員得出結論,它們應該是非常熱絕緣的,因為在其結晶形式下,層與層之間存在原子級的間隙。 這些「類似范德瓦爾斯的空隙」既限制了電流的流動,也限制了熱量。 因此,當電流被迫通過時,熱量不會迅速從超晶格中流走,這意味著從一個階段切換到另一個階段需要更少的能量。
研究人員進行了100多次嘗試,以產生具有正確范德瓦爾斯間隙的超晶格。 一張黑白的顯微照片,標記為5nm的超晶格結構由碲化銻和碲化鍺的交替層形成。 層與層之間形成類似范德瓦爾斯的空隙,限制了電流和熱量的流動。
研究人員通過將電流限制在一個600納米寬的孔狀結構中來保持記憶裝置中的熱量,該結構被絕緣的氧化鋁所包圍。 最後一層絕緣層是塑膠本身,它對熱流的抵抗力比通常建立在矽上的PCM要好得多。 完成的裝置的電流密度約為每平方釐米0.1兆安培,比傳統的矽上PCM低兩個數量級,比以前的柔性裝置好一個數量級。 此外,它顯示了四種穩定的電阻狀態。 所以它可以在一個設備中存儲多個比特的數據。