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卤化物钙钛矿能否成为下一代存储器的救世主?

韩国研究人员制造出了一种基于卤化物钙钛矿材料的新型非易失性存储器。

浦项科技大学(POSTECH)的研究人员利用卤化物钙钛矿材料中的电阻开关特性,开发出一种新型快速、低功耗、非易失性存储器。

卤化物钙钛矿材料具有电阻性开关特性,这意味着在施加电压时,该物质的电阻会发生变化。

这种变化发生得很快,需要的功率很小,最重要的是,电阻值在遇到相反的脉冲之前是不变的。这一特性可以潜在地基于一种新型电阻式随机存取存储器(RAM)。

卤化物钙钛矿作为一种新型的半导体材料,于2009年首次应用于太阳能电池,并于近十年来取得了巨大进展。目前单结钙钛矿太阳能电池的转换效率已高达25.2%,钙钛矿/硅叠层太阳能电池的转换效率已接近30%。近年来,钙钛矿材料的应用领域已扩展到发光、探测等方面。基于钙钛矿的绿光、红光电致发光效率已超过20%,蓝光外量子效率已接近10%,基于新的物理过程的钙钛矿白光发射引起了人们的研究兴趣;高灵敏度的X射线光探测器已被成功研制。另外,利用卤素钙钛矿离子迁移特性的忆阻器已被挖掘出来。总之,基于钙钛矿半导体的光电器件性能均表现得十分优异,其发展势头令人鼓舞。

什么是ReRAM?

电阻随机存取存储器(ReRAM)是一种非易失性存储器。通过向金属氧化物薄膜施加脉冲电压,产生大的电阻差值来存储“0”和“1”。 与半导体存储器不同,重新运行存储器通过电阻的变化记录1和0。其结构非常简单,两侧电极将金属氧化物包夹于中间,这简化了制造工艺,同时可实现低功耗和高速重写等卓越性能。此存储器具备行业最低读取电流,非常适用于可穿戴设备和助听器。

其读取器件两端的电阻值由低到高,或由高到低,取决于所施加的电压;在没有另一个电压脉冲的情况下,电阻,以及因此器件的1或0状态不会改变,因此元件不会挥发。

我们以前曾报道过忆阻器,它是一种著名的继电器。

材料科学家最近对钙钛矿非常感兴趣,我们最近报道了它们在储能方面的潜在应用。然而,当材料暴露在大气中时,其稳定性差,阻碍了这种材料在内存中的应用。科学家们试图通过寻找一种更理想的卤化物钙钛矿材料来克服这个问题。

量子力学第一性原理

研究小组采用了量子力学的基本原理计算方法来确定最可能的候选材料。结果表明,CsPb2Br5是一种具有二维层状结构的无机钙钛矿,他可作为有力的候选者。

该小组合成了二维结构的CsPb2Br5,并与三维结构的CsPbBr3进行了比较。当温度超过100℃时,3D材料失去了记忆特性。

然而,CsPb2Br5的二维分层结构在超过140℃的温度下仍能保持其记忆特性。此外,2D材料可以在低于1伏特的电压下工作,这是一个重要的发现,因为在现代电子系统中,工作电压一直在下降。

正如首席研究员李长锡教授所指出的,“使用这种基于第一性原理筛选和实验验证的材料设计技术,可以通过减少寻找新材料的时间来加速存储器设备的发展。”这将加速下一代数据存储设备的商业化。”

新材料影响有多大

正如调查人员指出的那样,“下载一个30分钟的视频片段只需要几秒钟,你可以在节目播出后15分钟内观看。”因此,全世界都在寻找稳定的计算机内存。

随着移动、可穿戴和远程物联网设备的激增。低功耗是这些设备的首要设计标准,而且我们也不要忘记全球各种类型服务器的独特功耗要求。基于2D钙钛矿的设备有望成为低功耗、高可靠性、非易失性存储器的一种新的替代选择。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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