未来电子材料

检查研究在电子材料提供了一个钥匙孔的视图可能在未来电子设计。尽管一些本研究不会最终在商业产品,它提供一个类型的问题正在解决,如何接近他们,研究美元被花了。

灵活的电子产品吸引了源源不断的研究,因为在可穿戴电子产品和潜在的应用物联网设备。虽然研究人员IEEE会议电子器件12月集中在混合结构,与硅电子与灵活的基质,论文提出了在最近夫人春季会议也被认为是灵活的有机半导体的集成。

提出了应用实施的性质非常具有挑战性的灵活性和性能之间的权衡,。鲍哲南化学工程和材料科学和工程教授斯坦福大学,解释与躯干所移动的设备必须能够容忍多达50%应变。体内的应用,如监视器连接到心脏,看到应变20%至35%。甚至大脑扩张和收缩,征收高达10%的压力传感器。

虽然有机半导体比硅更灵活,流动性最高的材料一般有刚性,晶体分子结构。在材料的公差,提高应变一般仍将减少流动性。鲍哲南团队使用选择性的“打破”共轭碳骨架结构减少indacenodithiophene模量(IDT)的半导体聚合物,同时保持载流子迁移率。

图1:灵活nanonet电路。来源:普渡大学

灵活的电子产品的另一个长期存在的挑战问题有机传感器和半导体之间的接口,和传统的金属电极。Changhee李教授的首尔国立大学电气和计算机工程和Chan-mo康电子和电信研究院在首尔,使用自组装单层膜调优金电极的表面行为,降低注入障碍和改善穿过平面流动之间的接口黄金和并五苯。

材料使先进的记忆
世界其他地方的电子材料,研究继续两个小说记忆的概念,相变内存和ReRAM。在这两种情况下,数据存储在一个可逆的形式阻力的变化,而不是作为一个电容充电。因此,这些记忆可以支持很简单,紧凑的结构。

在相变的记忆中,电子脉冲加热材料,使得从一个绝缘无定形的阶段过渡到导电结晶相。因为过渡是热驱动,必须注意避免相邻细胞之间的传热。此外,基于这些细胞记忆的性能转换动力学是非常敏感的,不是很清楚。

在标准视图中,亚伦林德伯格,斯坦福大学的材料科学和工程学副教授,解释无定形的阶段开始在某个阈值电场导电,使电阻加热,进而启动阶段过渡。能源-提供电或光脉冲变短,所需的电力开关设备的增加,受一些渐近极限低于没有发生转变。

然而,与皮秒和飞秒脉冲的实验表明,该模型太简单了。林德伯格的小组发现电场脉冲引起的温度AgInSbTe(巨大)只有大约0.6°K,而其结晶温度接近440°K Anbarasu如果不是,电气工程副教授印度理工学院,报道,电从“关闭”过渡到“on”状态”发生在只有250 ps,但估计在700 ps结晶时间。在这两种情况下的电气过渡似乎继续在相变前,所以一些额外的机制似乎是参与。

ReRAM设备不取决于相变,似乎简单的动力学。ReRAM主要有两种类型,它们都依赖于氧化还原(氧化还原反应)在metal-insulator-metal结构。价改变记忆电阻(VCM)设备,金属氧化物绝缘层中氧空位的运动创造了一个导电长丝,切换电阻。在电化学记忆电阻(ECM设备),氧化的金属电极导致灯丝的形成。

ReRAM设备第一次被认为是一个可能的替代快闪记忆体当时,这似乎是达到了比例限制。ReRAM可能提供设备密度高与低电压读。然而,德克武泰,亚琛工业大学研究员解释这些设备的设定电压是在某种程度上高于读电压。在低功耗操作中,一组电压水平可能高于提供的最大电压电路,消除了窗口编程可以发生。与此同时,成功的部署3 d与非flash结构推迟了另一种非易失性内存技术的必要性。

在冯诺依曼计算机
的独特行为ReRAMs也吸引了一个完全不同的direction-neuromorphic计算。在传统冯诺依曼计算机架构,有明确区分核心计算元素的功能和内存子系统。在大型数据集上的操作,比如计算节点在一个大的权重神经网络——内存和计算元素之间传输数据常常引入了一个显著的性能瓶颈。

神经形态结构,通过类比突触和神经细胞在大脑中,寻求直接与内存元素执行计算。ReRAM促进这样的架构,因为虽然传统记忆要么是打开或关闭,一个ReRAM可以有多个阻力水平,相应的导电长丝的发展。理论上,正如连接大脑中反复刺激,强化了数据存储在ReRAM记忆会变得“更强”重复输入,如果不重复刺激或衰变。

伍特斯指出,不过,很少有记忆电阻阵列从会议报告转换为实际设备。很难评价一个设计没有物理原型。Dmitri Strukov,副教授在加州大学圣芭芭拉的电子和计算机工程系,指出基于模拟系统记忆迄今未能匹配更传统的性能设计。第一个真正的实现是非常基本的障碍确实需要ReRAM设备提供了一个渐进的和一致的过渡从“关闭”到“on”状态。

在大多数ReRAMs,两种状态之间的转换是突然和二进制,显然由于完成导电路径通过设备。研究人员由惠普企业高级研究员r·斯坦·威廉姆斯的扫描透射x射线显微镜设施使用劳伦斯伯克利国家实验室实际观察的形成一个强大的传导渠道在氧气氧化铪空缺的影响下一个应用领域。为了获得更多的逐步过渡,华强,清华大学微电子学研究所的副主任,建议有人可能会寻求多个弱路径通过绝缘子分散氧空位网站更广泛。例如,增加隔热层的温度可能会分散空缺更均匀,或铝掺杂可能本地化空置掺杂剂现场附近形成。

图2:氧化铪。来源:斯坦福大学材料

这里讨论的所有设备高度实验性的在这一点上,与产量、开关特性,和底层物理所有带来显著的问题。几年前我们知道ReRAMs可用于构建人类大脑匹配的人脸识别系统,或灵活的半导体可以使服装,监控血液化学当一个运动员动作。集成电路工业硅的方法可能结束,不过,很显然,宇宙设计的可能性仍在扩大。

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