當(dāng)今，電腦系統(tǒng)采用層次化存儲架構(gòu)：緩存、內(nèi)存和閃存。離cpu越近，對存儲器存儲速度需求越高，如內(nèi)存的速度為納秒級別，而緩存則需要皮秒級別。
作為下一代存儲器的有力競爭者，相變存儲器的速度決定了其應(yīng)用領(lǐng)域，而相變存儲器速度主要由相變材料的結(jié)晶速度(寫速度)所決定。
研究表明，相變存儲器的熱穩(wěn)定性越差，結(jié)晶速度越快，而單質(zhì)銻(sb)是目前已知熱穩(wěn)定性最差的相變材料，可能具有最快的操作速度。
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠和朱敏研究團(tuán)隊(duì)等通過分子動力學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)單質(zhì)銻能夠在120 ps內(nèi)從非晶結(jié)構(gòu)中成核并進(jìn)一步完全結(jié)晶。通過制備200 nm、120 nm和60 nm t型下電級器件的單質(zhì)銻相變存儲器件，研究發(fā)現(xiàn)隨著器件尺寸減小，單質(zhì)銻相變存儲器的速度越快。
200 nm 單質(zhì)銻器件最快的寫速度為359 ps，當(dāng)器件尺寸微縮至60 nm時(shí)，寫速度為~242 ps, 比傳統(tǒng)ge2sb2te5的快近100倍(20 ns)。通過與已報(bào)道的相變存儲器的速度對比(見圖2)，單質(zhì)sb器件的速度明顯快于傳統(tǒng)sb-te、ge-te以及 ge-sb-te基相變存儲器，其~242 ps的操作速度是目前相變存儲器速度的極限。此結(jié)果表明，通過選擇合適的相變材料，相變存儲器有望具備替代內(nèi)存甚至緩存的潛力。
該成果于1月31日發(fā)表在《先進(jìn)材料》(advanced materials)上(10.1002/adma.202208065)。該工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等的支持。
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