美国惠普实验室的研究团队找到了一种固态电子组件,它是具有记忆的电阻器。

17条二氧化钛奈米结构(约50nm宽)所制成的忆阻器,中间以导线链接。一般电子学中的被动组件有三种:电阻,电容与电感。它们在电路中的工作方式,是基于这些组件和电荷,电流,电压与磁通量之间的关系。其中电阻链接了电压与电流,电容链接了电压与电荷,而电感连结了磁通量与电流。1971年,加州柏克莱大学蔡少堂教授(Leon O. Chua)提出了相当有创意的的构想:是否存在一种组件,它可以同时链接磁通量与电荷?
M(q)=dФ/dq

就因次分析来看,这种组件似乎跟一般的电阻无异,但是它的电阻却可以随着其中的电荷量而变。
M(q)=dФ/dq=(dФ/dt)/(dq/dt)=V/I

显然这种组件的电阻可以随着写入电荷的多寡发生变化,同时当通过电流为0时电阻将保持不变(因为组件内的电荷不变),所以这种组件具有记忆的能力,故被称为忆阻器(memristor)。这种忆阻器和传统的电子存储组件相比起来,应该可以在芯片上做到更高的密度,因为忆阻器与电阻相同:都只有两端接脚。

不过直到今年以前,忆阻器仍被视为理论上所构造出来的概念,而不是实际的物品。最近,惠普实验室的团队宣布他们成功地制造出忆阻器。他们制造出一种三明治形的奈米电子组件:在两奈米导线中夹上二氧化钛薄膜。这二氧化钛薄膜又可分两层,其中一层含有较多的氧缺陷,使得跟另一层比起来有较低的电阻。这个组件就以电路的特性来看,与理论所提出的忆阻器是一样的,但并没有用到理论所说的磁通量,甚至组件本身也不是藉由存入里面的电荷来改变电阻。它其实是藉由通过的电流去推动两种不同二氧化钛之间的边界,改变薄膜中两者不同的比例大小,来去控制电阻。

由于忆阻器的构造简单,在不供电的状况下仍可保持长期的电阻记忆,也许在不久的未来可以进入应用领域。目前的组件有许多挑战(如载子是氧离子所以载子移动率低,同时导致组件切换电阻的频率低(~1Hz))仍待克服。不过仍然可以期待未来的发展。

新闻链接:Nature 453, 80-83 (1 May 2008)
相关链接:研究者Stan Williams的网页Memristor最早提出者蔡少堂教授

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