IBM今天宣布在原子級別的材料科學上取得重大突破，據(jù)此可造出全新非易失性存儲和邏輯芯片，功耗也會比現(xiàn)在的硅芯片大大降低。這一成果已于昨天發(fā)表在了《科學》雜志上。

就像我們無數(shù)次提及的那樣，摩爾定律下的半導體材料和技術發(fā)展正在加速接近硅的物理和性能極限，迫切需要全新的方案來繼續(xù)提升性能、降低功耗。

IBM的科學家發(fā)現(xiàn)，通過在氧化物-液體界面插入、移除電場驅動的氧離子，可以讓金屬氧化物在絕緣體、導體兩種狀態(tài)之間進行可逆轉換。試驗顯示，如果一個本身絕緣的氧化物材料變成導體狀態(tài)，即便是移除設備供電之后，材料依然可以維持金屬態(tài)。

這種非易失性的屬性意味著，基于這種現(xiàn)象的芯片可以更高效地存儲、傳輸數(shù)據(jù)，而且是事件驅動(event-driven)的，不需要用持續(xù)的電流維持設備狀態(tài)。

IBM在其中使用了帶正電的離子液體電解質作為絕緣氧a化物材料，也就是二氧化釩(VO2)，成功將其變成了金屬導體，并且一直維持著這種狀態(tài)，直到用了帶負電的離子液體電解質，它才回到原始的絕緣狀態(tài)。

事實上，這種狀態(tài)轉換研究已經進行了很多年，但不同于以往的是，IBM發(fā)現(xiàn)在電場中，氧離子向金屬氧化物的注入和移除才是氧化物材料狀態(tài)變化的關鍵。之前還有研究用溫度和外部壓力將導體變成絕緣體，但都不具備實用價值。

IBM研究院院士Stuart Parkin博士指出：“在原子級別尺度上的理解力和控制力讓我們可以開發(fā)出新的材料和設備，運行原理和如今的硅材料技術完全不同?，F(xiàn)在的設備都要充電，而未來的只需要微弱的離子電流就能實現(xiàn)物質狀態(tài)的可逆控制，據(jù)此可以打造出全新的移動設備。在三維架構上應用這種創(chuàng)新概念可以避免IT行業(yè)遭遇技術瓶頸。”

左側是典型離子液體柵極設備的光學圖像，柵極電極和氧化物通道上有一滴離子液體。金色方塊是通過引線與設備接觸的襯墊。右側是局部放大圖，顯示了通道(褐黃色)和黃金電觸點(亮黃色)。左右兩個觸點分別是源極、漏極觸點，另外四個則是測量電阻。