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憶阻器的應用

作者:Ralph Raiola  信息來源:今日電子/21IC  2008-12-3

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但是,考慮到憶阻器歷經多年,直至今年才被認可——以前理論中的第四種基本電路,被HP實驗室研究員最終證明了其在現實中存在之后,此技術可謂是一夜成名。但是,借助于納米技術中現代的突破性成果,研究團隊——Dmitri B。“弱憶阻存在于大規模系統中”,Stewart說,“然而,一般來說,它僅僅在一個納米級系統中才變得重要,...

現在市面上仍然不能買到憶阻器。但是,考慮到憶阻器歷經多年,直至今年才被認可——以前理論中的第四種基本電路,被HP實驗室研究員最終證明了其在現實中存在之后,此技術可謂是一夜成名。


圖1為一個由17個憶阻器列成一排而組成的簡單電路,其中每個憶阻器有一個底部導線,其與器件的一端相連;還有一個頂部導線,其與器件的另一端相連。

圖1 一個由17個憶阻器列成一排而組成的簡單電路


早在37年前,Leon Chua——一名伯克利加利福尼亞大學電子工程和計算機科學學院的教員,最先對該元件建立理論并命名。他認為憶阻器——就像電阻、電容、電感——具有其他三種元件的任意組合都不能復制的特性。


但是,借助于納米技術中現代的突破性成果,研究團隊——Dmitri B. Strukov、Gregory S. Snider和Duncan R. Stewart博士——在惠普公司的高級院士R. Stanley Williams帶領下,確實證明了它的存在。“弱憶阻存在于大規模系統中”,Stewart說,“然而,一般來說,它僅僅在一個納米級系統中才變得重要,并因此而有用。”


這有兩方面的原因。隨著器件的減小,電場的驅動力變得越來越大,而需要用于產生電阻變化的原子運動變得更小:兩種趨勢相互加強直到它們最終支配納米行為。


在2008年7月,研究者實際制備了50nm×50nm憶阻器開關,它由在兩納米線之間的一層二氧化鈦組成。通過精巧地操縱該層中氧原子的分布,科學家J. Joshua Yang博士可以控制該器件的運行。


這樣的發展被看作是將憶阻器技術大眾化的重要一步。但是,仍然有問題存在:將如何應用它呢?


“憶阻器具有巨大的潛力,能夠使一些關鍵的電子技術在將來成為可能”Yang說,“它是一個新的電路元件,并且已展示出了許多令人期待的、新穎的特性,這些特性是之前設計工程師們都未曾見過的。”

憶阻器部件
研究人員稱,將來有一天憶阻器部件將會作為一種無源器件出現在貨架上。“說它是無源部件,是因為它消耗能量而不產生能量,沒有功率增益功能。”Yang說,“不像其他無源器件,憶阻器有著獨特的附加記憶特性——它們能夠以一種非易失性方式記憶外加電流電壓的歷史數據。”


作為一項功能,憶阻器如今可以被模擬,但是需要大量有源晶體管的組合,這將降低密度并增加成本。除了憶阻器部件可以作為一種商業部件以外,憶阻功能也有可能被設計應用于集成電路中。

D-RAM的替代品
研究人員相信憶阻器記憶信息的能力能夠導致一種新型計算機存儲器的產生,其將補充——并且最終替代——傳統的D-RAM。基于憶阻器部件的計算機,將無需費時耗能的啟動過程,也不像使用傳統D-RAM的計算機那樣,一旦切斷電源就無法保存信息。


這一功能將在“云計算”應用中發揮重要作用,“云計算”應用現已在IT基礎設施中越來越盛行。云計算使用成千上萬臺服務器和存儲器系統,這些系統需要大量的電能以存儲、重新獲取以及保護數以百萬計的全球互聯網用戶的信息。

類腦系統
憶阻器技術的更多潛能存在于計算機系統的創建中,這些計算機系統可以擁有像人類一樣的記憶與聯想模式。這就可以用來大大改進臉部識別技術,或提供更復雜的生物識別系統,該系統能夠更有效的限制對個人信息的訪問。


這些相同模式匹配功能能夠使有學習能力的電氣用具和有決策能力的計算機成為可能。實際上,計算機將不僅能夠用軟件來學習,也可以用硬件來學習。

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