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    新型存储器可耐高温
    2019-03-14


    [IEEE波普网站2019311日报道]  在荒凉的、表面布满陨石坑的水星上,白天的温度可以达到430℃左右。金星虽然与太阳的距离几乎是前者的两倍,但由于富含二氧化碳的大气层,其表面温度约为462℃。



    “送到那里的一切设备都必须在这些温度下工作。”美国亚利桑那州立大学的材料科学家Yuji Zhao说。这包括仪器、传感器和探头所需的电子系统。虽然到目前为止还没有在水星上执行任务,但1982年降落在金星上的最长幸存的探测器——苏联的威尼拉13号——在失败前只持续了127分钟。(相比之下,好奇号于2012年在火星上漫游,且目前仍然很强劲。)



    在可耐高温的下一代电子产品方面,Zhao和他的团队最近在IEEE Electron Device Letters中报道了工作温度在25300℃的氮化镓存储器。该研究由美国宇航局的高工作温度技术(HOTTech)计划资助,以支持未来在水星和金星上执行的任务。



    “这里空无一人,”赵说。“没有任何技术可以维持这种高温。”



    由于氮化镓具有较大的带隙,因此它是高温电子学的理想选择。传统硅的带隙仅为1.12 eV。这意味着,当温度仅小幅升高,电子就会被激发并从价带传输到导带,Zhao解释说。“结果,会失去对载波的控制,设备也会出现故障。”相比之下,氮化镓的带隙为3.4 eV,允许器件在电子失控之前能承受更高的温度。氮化镓不是唯一一种用于高温电子学的宽带隙半导体材料;美国宇航局在HOTTech计划中还投资了一个竞争对手碳化硅。



    通过化学气相沉积在氮化镓衬底上制造存储器件。Zhao说,对器件性能来说,关键点是制造过程中的蚀刻和再生长过程。在沉积几层氮化镓之后,用等离子体蚀刻掉一些区域,然后再生长。Zhao说,这产生了一个界面层,上有缺少氮原子的空位。“界面层对记忆效应至关重要。”他说。研究人员认为,氮空位负责捕获和释放电子,从而在器件中产生高阻态和低阻态或01态。



    在室温下,该器件显示出稳定的切换,在01状态之间完成到1000个循环,几乎没有恶化。研究人员随后在高达300℃的高温下测试其性能,此时该器件依旧在01个状态之间保持稳定切换1000个周期。高于350℃,该器件失去了记忆效应。但是,在器件恢复到室温后,记忆性能又恢复了。“这种器件实际上非常强大。”Zhao说。



    需要进一步评估。Zhao和他的团队正在测试该器件的另一个版本,以确保其在高达500℃的稳定性,并能长期稳定。该团队还在研究氮空位对器件性能的影响。Zhao说,一旦美国宇航局认为原型足够好,就必须在受控室中进行测试,以模仿美国宇航局设施中水星和金星的恶劣环境。“我会说有几年的工作要做,但最初的结果肯定是非常非常令人鼓舞和令人兴奋的。”他说。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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