忆阻器的黄金时代即将到来

　　作为电路理论里的第四种被动电路——忆阻器（memristors），已经通过对一种能生成该新记忆器件的基质材料的处理向其理论原型更进了一步。

　　今年四月份，惠普实验室（HewlettPackardLaboratories）的研究人员声称已经“发现”了由加州大学伯克利分校教授LeonChua在1971年一篇论文里提及的除电阻，电容和电感以外的第四种被动电路——忆阻器。    

　　现在，惠普实验室（总部位于加州PaloAlto）表示他们已经展示了如何根据“阻值随流经的电流改变”的原理来控制这种忆阻器材料。实验室的高级人员许诺将在明年加快RRAM（阻抗性随机存取记忆体）商业成型芯片的开发进度。    

　　惠普实验室的忆阻器主要研究人员DuncanStewart表示：“我们已经通过试验证明了我们的忆阻器表现得和理论预测的一致，另外我们已经能演示对忆阻器器件结构的工程控制，这意味着我们将很快就能构建出实际芯片。”     

　　原子力显微镜下的一个有17个忆阻器排列成一排简单电路的图像。每个忆阻器有一个底部的导线与器件的一边接触，一个顶部的导线与另一边接触。这些导线有50nm宽。

　　惠普实验室的忆阻器是一个由两个金属电极夹着的氧化钛层构成的双端，双层交叉开关结构的半导体。其中一层氧化钛掺杂了氧空位，成为一个半导体；相邻的一层不掺杂任何东西，让其保持绝缘体的自然属性。通过检测交叉开关两端电极的阻性，就能判断RRAM的“开”或者“关”状态。

　　如果是在保持绝缘体自然属性的氧化钛层的一端，该记忆体开关处在“关”的状态。通过在交叉开关结点处施加偏置电压，氧空位将从掺杂了氧空位的氧化钛层转移到无掺杂的一层，即开始了传导过程，并最终打“开”了记忆体的开关。同样地，通过改变电流方向氧空位将从无掺杂的一层转移回掺杂层，并最终把记忆体开关“关”上。

　　忆阻体的主要优势在于它的阻抗变化是非易失性的，直至对它施加了一个相反方向的电压，使氧空位动回掺杂层。目前开关速度可以达到大约每纳秒50次。

　　Stewart说，“人们研究像我们的忆阻体那样能表现出阻抗变化的材料有相当长一段时间，但对于其工作原理的解释各式各样，我们的实证建立在稳定的机理上，其关键就在：氧空位改变了氧化金属的接触面的特性。

　　不过即使知道氧空位将改变氧化钛的阻抗仍然不足以对该材料进行工程上的控制。惠普的研究人员同样需要通过细致的测量确定材料的特性。他们一开始假定氧空位改变了氧化金属材料的体积属性。但惠普现在则声明在氧化层和金属电极层的接触面发生的纳米级变化，而不是金属的体积特性变化，最终使忆阻器的阻抗发生了变化。

　　Stewart说：“我们现在已经通过实验确定氧空位改变了金属-氧化层接触面的电子势垒。”

　　研究人员同时还声称忆阻器是通过削薄肖特基势垒——即金属和半导体接触面的电子势垒，而不是通过改变氧化钛的体积特性来起作用的。