日本千葉工業(yè)大學(xué)2016年10月11日宣布，與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)綜研)及日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS)合作開(kāi)發(fā)出了采用鉑納米間隙結(jié)構(gòu)、在600℃下也能工作的非易失性存儲(chǔ)器元件。這種元件有望應(yīng)用于高溫環(huán)境下的存儲(chǔ)器和傳感器，例如飛行記錄器、行星探測(cè)器等。

　　納米間隙存儲(chǔ)器的工作原理

　　隨著納米柱生長(zhǎng)，納米間隙的間隔發(fā)生變化(摘自千葉工業(yè)大學(xué)的發(fā)布資料，下同)

　　掃描型電子顯微鏡拍攝的鉑納米間隙電極

　　600℃環(huán)境下納米間隙存儲(chǔ)器的開(kāi)關(guān)值

　　鉑納米間隙存儲(chǔ)器的開(kāi)關(guān)比的溫度依賴性

　　使用硅半導(dǎo)體的存儲(chǔ)器元件在高溫下無(wú)法保持因帶隙而產(chǎn)生的半導(dǎo)體性，從而會(huì)喪失存儲(chǔ)器功能。這一次，研究人員在信息記憶部分使用耐熱性好的鉑納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了可在高溫下工作的非易失性可變電阻存儲(chǔ)器。

　　納米間隙存儲(chǔ)器的納米間隙中生長(zhǎng)著會(huì)發(fā)生可逆變化的納米柱，通過(guò)納米柱的接近和遠(yuǎn)離來(lái)改變電阻值。在接近時(shí)和遠(yuǎn)離時(shí)，隧道電流的電阻值會(huì)大幅改變，形成開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，只要金屬結(jié)構(gòu)不變，就可以保持記憶。

　　通過(guò)利用改善納米間隙電極的電極金屬結(jié)晶性的技術(shù)，研究人員查明了有助于在高溫下維持存儲(chǔ)器功能的納米結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的機(jī)制。在納米柱形成時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生形成柱的原子移動(dòng)和阻礙形成的原子擴(kuò)散兩種效應(yīng)。而鉑納米間隙即使在高溫環(huán)境下，原子移動(dòng)的效應(yīng)也高于原子擴(kuò)散的效應(yīng)，因此可以發(fā)揮存儲(chǔ)器的作用。

　　這次開(kāi)發(fā)的鉑納米間隙存儲(chǔ)器即使在高溫環(huán)境下，也能像在室溫環(huán)境一樣穩(wěn)定地保持信息，在600℃高溫環(huán)境下，寫入狀態(tài)保持了8小時(shí)以上。研究人員今后還將繼續(xù)推進(jìn)基礎(chǔ)研究，開(kāi)展實(shí)用化研究，并探索能夠支持更高溫度的材料。另外，研究結(jié)果表明，這次開(kāi)發(fā)的元件在室溫下保持信息的時(shí)間可能比以往更長(zhǎng)，因此在今后還有望開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)期記錄存儲(chǔ)器。

　　此次新技術(shù)的詳情已于2016年10月11日發(fā)表在Springer Nature發(fā)行的學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)的電子版。