憶阻器的發(fā)展是半導(dǎo)體行業(yè)的一大革新，在現(xiàn)有AI和5G發(fā)展的大趨勢(shì)下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發(fā)揮出來(lái)，而憶阻器與存算一體技術(shù)則是目前最好的方案。

集微網(wǎng)消息，近年來(lái)，華為逐漸布局憶阻器芯片領(lǐng)域，利用憶阻器的工作特性將普通信號(hào)轉(zhuǎn)換成可控電壓電流，從而在物理上模仿神經(jīng)元與神經(jīng)突觸的運(yùn)作，將儲(chǔ)存、計(jì)算功能合二為一，降低同類芯片成本的同時(shí)，能大大提升計(jì)算效率，在消費(fèi)電子領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。

憶阻器是近些來(lái)迅速發(fā)展的具有記憶效應(yīng)的非線性電阻，它的記憶效應(yīng)使得其在存儲(chǔ)器件、圖像傳感器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳感等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。由于納米粒子材料具有常規(guī)材質(zhì)所不具備的優(yōu)異性能，當(dāng)入射光子頻率與納米粒子的集體振動(dòng)頻率相匹配時(shí)，可以產(chǎn)生等離子體共振（LSPR），即產(chǎn)生光譜的特征吸收峰。憶阻器可利用納米粒子的LSPR特性對(duì)周圍介質(zhì)的折射率進(jìn)行傳感，間接應(yīng)用到傳感器方面，然而納米粒子只能對(duì)單一頻段光響應(yīng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感，限制了憶阻器的大范圍應(yīng)用。

針對(duì)這一問(wèn)題，早在2015年6月5日，華為公司就提出一項(xiàng)名為“一種憶阻器和傳感器”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01510306360.9），申請(qǐng)人為華為技術(shù)有限公司與南京大學(xué)。

圖1 憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖

此專利提出了一種新型憶阻器，能夠?qū)Σ煌l率的光進(jìn)行強(qiáng)烈吸收，以產(chǎn)生不同響應(yīng)波長(zhǎng)的 LSPR 現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感。憶阻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括反應(yīng)電極102、轉(zhuǎn)換層103和非反應(yīng)電極 104，并依次并排在襯底表面，反應(yīng)電極和非反應(yīng)電極分別位于轉(zhuǎn)換層的兩側(cè)并均與轉(zhuǎn)換層形成電接觸，利用這種結(jié)構(gòu)，光可以避開(kāi)轉(zhuǎn)換層兩側(cè)的電極而直接照射在轉(zhuǎn)換層上，更有利于該憶阻器在傳感器方面的應(yīng)用，提高傳感的靈敏度、選擇性、集成性。

圖2 憶阻器制備流程圖

此專利提出的憶阻器制備流程如圖2所示，首先提供襯底，在襯底表面旋涂光刻膠，利用正性光刻膠的性能和無(wú)掩膜紫外光刻法得到反應(yīng)電極圖形，進(jìn)而在帶有反應(yīng)電極圖形的襯底上，利用磁控濺射法生長(zhǎng)反應(yīng)電極。在步驟S102中，在襯底的表面同樣利用正性光刻膠的性能和無(wú)掩膜紫外光刻法得到轉(zhuǎn)換層圖形，之后在轉(zhuǎn)換層圖形上利用脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)制備轉(zhuǎn)換層。最后在襯底的表面制作非反應(yīng)電極圖形與非反應(yīng)電極。

圖3 憶阻器中轉(zhuǎn)換層析出局部圖與射線能量

在對(duì)此憶阻器進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，施加一個(gè)橫向電場(chǎng)，圖3左側(cè)展示了電場(chǎng)處理后轉(zhuǎn)換層中的析出相在銅網(wǎng)上的高分辨透射電子顯微像（HRTEM）圖像，這些析出相是由許多直徑約為 10nm 的顆粒構(gòu)成，其傅里葉變換圖像如左上角所示，展示了析出相的晶面指數(shù)。對(duì)左圖中某一點(diǎn)采用高角環(huán)形暗場(chǎng)探頭(HAADF)進(jìn)行X射線能量色散光譜（EDS）分析，結(jié)果如圖3右側(cè)，表明該析出的枝晶狀的納米線。經(jīng)測(cè)試，該憶阻器對(duì)不同頻率的光均有強(qiáng)烈的吸收，產(chǎn)生不同響應(yīng)波長(zhǎng)的 LSPR 現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類物質(zhì)的傳感。

憶阻器的發(fā)展是半導(dǎo)體行業(yè)的一大革新，在現(xiàn)有AI和5G發(fā)展的大趨勢(shì)下，器件與材料的性能往往能使算法性能大大發(fā)揮出來(lái)，而傳統(tǒng)芯片利用存儲(chǔ)芯片來(lái)存儲(chǔ)信息，中央處理器來(lái)負(fù)責(zé)計(jì)算，當(dāng)數(shù)據(jù)量變大時(shí)，芯片之間的信息傳輸會(huì)造成功耗增加、額外延遲，而且芯片成本也高，而憶阻器與存算一體的發(fā)展則能夠很好的解決這一問(wèn)題，相信隨著未來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，憶阻器這一新型器件一定能夠走上產(chǎn)業(yè)化的道路，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。