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在現(xiàn)代的計算機內(nèi)存技術(shù)里，速度和存儲的持久性猶如魚與熊掌不可兼得。RAM（隨機訪問存儲）速度快，但是東西存放不久；硬盤或閃存則相反，東西可以存放很久，但是訪問速度相對較慢。不過《自然通訊》近日介紹的一種原型存儲設(shè)備卻打破了這種限制，這種設(shè)備通過電子存儲及與太陽能電池相同的讀取技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)了訪問速度快、數(shù)據(jù)存放久及耗電低這三大優(yōu)點。 這項原型設(shè)備由加州大學(xué)伯克利分校的材料科學(xué)家 Ramamoorthy Ramesh 以及新加坡南洋大學(xué)的氧化材料專家 Junling Wang 聯(lián)合建造，他們采用的材料名為鐵酸鉍。 傳統(tǒng)的計算機內(nèi)存中，信息是存放在保持有不同數(shù)量電荷的單元里的，每一個分別代表了二進制的“1”或“0”。相比之下，鐵酸鉍卻用兩種極化狀態(tài)之一來表示那些數(shù)位，而且在電壓加載時進行狀態(tài)切換，這種特性被稱為鐵電性。基于其他材料的具有鐵電性的 RAM 已經(jīng)投放市場了。這種 RAM 速度很快，但是應(yīng)用卻沒有得到推廣。其中一個問題是電信號往往讀出一個二進制位就得刪掉一位，所以數(shù)據(jù)每次都要重寫。隨著時間的推移這會導(dǎo)致可靠性的問題。 兩位研究人員意識到他們可以利用鐵酸鉍的另一項優(yōu)點來避免破壞性的內(nèi)存讀取。2009 年，美國羅格斯大學(xué)的研究人員演示了這種材料對于可見光具有光電響應(yīng)特性—即只要有光照到這種材料上它就會產(chǎn)生電壓。電壓的大小取決于材料所處的極化狀態(tài)，而且可以利用電極或晶體管讀取。至關(guān)重要的是，這種材料被光照射后并不會改變極性，所以存放在上面的數(shù)據(jù)也就不會被刪除掉。 
為了測試光電型鐵電存儲器是否行得通，Ramesh 和 Wang 在金屬氧化物表面上鍍了一層鐵酸鉍膜，然后將其蝕刻為 4 條，在這四條蝕刻條上面他們又直角交叉搭上四根金屬條。交叉出來的 16 個方格每一個都充當(dāng)了一個內(nèi)存單元，而金屬和金屬氧化物則充當(dāng)電極。研究小組利用電極來極化這些內(nèi)存單元，然后用光線照射它們，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們生成了兩種電壓讀數(shù)，一正（1）一負（0）。 這些內(nèi)存單元的讀寫用時不到 10 納秒，而記錄這些數(shù)據(jù)的電壓只需 3 伏。相對而言，目前領(lǐng)先的非易失性 RAM 技術(shù)—閃存的讀寫時間是其 10000 倍，而記錄所需電壓為 15V。 變小 主持羅格斯大學(xué) 2009 年那項研究的凝聚態(tài)物理學(xué)家 Sang-Wook Cheong 說，這是鐵電廣生伏打效應(yīng)朝著技術(shù)應(yīng)用邁出的重要一步。 半導(dǎo)體研究公司的材料專家 Victor Zhirnov 則說，這項技術(shù)需要在小型化上取得更大突破才能具有競爭性。商用閃存的組件可以小至 22 毫微米，而這款原型所用的材料卻有 10 微米之寬。唯有把尺寸做小才能提高內(nèi)存容量，從而降低造價。 Ramesh 說，把原型設(shè)備做小不存在根本性的障礙，但是實踐性挑戰(zhàn)是有的。 此外，目前原型設(shè)備是整體照射的，這種做法顯然缺乏實用。但是設(shè)計出能逐個照射內(nèi)存單元的系統(tǒng)是件麻煩事。因此工程師必須想辦法設(shè)計出可以單獨照射內(nèi)存單元的光學(xué)組件。 |
