石墨烯有望成為半導(dǎo)體存儲技術(shù)的替代或補(bǔ)充技術(shù)

由華東理工大學(xué)教授陳彧博士領(lǐng)銜的科技團(tuán)隊(duì),經(jīng)3年多潛心研究,創(chuàng)新設(shè)計(jì)制備出基于石墨烯的一系列新型非易失性高分子信息存儲功能材料,有望成為目前基于硅的半導(dǎo)體存儲技術(shù)的潛在替代或補(bǔ)充技術(shù)。

非易失性存儲芯片(即使關(guān)閉電源,存儲器仍然能保留存儲的信息)在我國每年約有2200億元的市場總額,但國內(nèi)生產(chǎn)卻幾近空白。在電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品中,使用的主流存儲技術(shù)仍然是硅基存儲技術(shù)。隨著社會步入信息時代,要求存儲器具有更大的數(shù)據(jù)存儲密度和更快的獲取信息能力。為此,微電子工業(yè)需要將更多更小尺寸的存儲元件集成在單塊芯片上。目前單個存儲單元的尺寸已經(jīng)從2000年的130 nm縮小到2011年的45 nm,預(yù)計(jì)到2018年將達(dá)到16 nm的硅基半導(dǎo)體的物理極限。超過這個極限,存儲器件的可靠性和穩(wěn)定性將受到極大影響。國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認(rèn)為,現(xiàn)存的信息存儲技術(shù)將漸漸走到發(fā)展盡頭。

2006年,國家將“突破制約信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)”、“掌握集成電路及關(guān)鍵元器件等核心技術(shù)”列入國家科學(xué)和技術(shù)長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。從2008年開始,陳彧團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控固體薄膜形貌等手段創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制備了一系列高性能高分子信息存儲功能材料。其中基于石墨烯的高分子信息存儲材料的設(shè)計(jì)和制備是國際上開展最早、成果最為突出的工作。

石墨烯以其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能,備受科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注,迅速成為材料、化學(xué)、物理和工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。石墨烯的空穴/電子遷移率在已知半導(dǎo)體材料中最高。陳彧團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型存儲材料在多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上取得新突破,部分指標(biāo)接近或達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的需求。與硅基材料相比,高分子信息存儲材料有明顯的優(yōu)勢,容易加工、成本低、功耗小、重量輕、體積小、存儲密度高,可以三維堆積,甚至可以大面積“刷涂”在玻璃、塑料和集成電路上,還能根據(jù)需要對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪裁,調(diào)控材料和相應(yīng)器件的存儲功能。

雖然近年來國內(nèi)外在高分子存儲材料研究方面取得了一些較突出的進(jìn)展,但與無機(jī)硅存儲器相比,在響應(yīng)速度、開關(guān)比、讀寫循環(huán)次數(shù)、熱穩(wěn)定性、器件維持時間等方面還存在較大差距,離實(shí)際應(yīng)用還有較長的路要走。

(摘編)