Nanoscale:基于各向异性ReS2的多位闪存设计

区别于硅基场效应管缩放技术，硅基存储器很早停止了器件物理尺寸的缩小。例如，动态随机存取存储器（DRAM），采用DRAM芯片堆栈方式来提高存储器容量；另外，非易失性存储器件的主流-闪存(Flash memory)也停止了平面物理尺寸的缩放。未来闪存器件通过类似于高层建筑的方式在三维空间中构建多层存储单元来实现高容量存储。然而，DRAM芯片堆栈和多层闪存工艺复杂且昂贵，大大制约了存储器的发展。因此，半导体器件研究领域亟待寻找新的半导体材料和物理输运机制研发设计高容量存储器件来突破硅基存储器件的限制。

基于二维材料异质结构的浮栅闪存，凭借着其原子薄的结构和出色的电荷传输能力，成为下一代闪存的理想选择，具有小型化，高存储容量，切换速度快和低功耗等特点。近日，天津大学胡晓东、刘晶团队报告了一种基于ReS2 /氮化硼/石墨烯异质结构的非易失性浮栅存储器，其特点如下：(1) 栅极电压从-60 V扫描到+60 V时，其迟滞窗口超过100 V;(2)编程状态和擦除状态之间的电流比超过10⁸ 且开关速度在1µs以内；(3)ReS2闪存表现了优异的耐久性和记忆力(4)更重要的是，利用ReS₂各向异性的电学特性，在单个ReS₂薄片可以实现晶向相关的多态数据存储，提高了存储器存储容量。基于这些特征， ReS₂闪存器件有望服务于计算机整个内存层次结构。

本文参考文献： Enxiu Wu, Yuan Xie, Shijie Wang, Daihua Zhang, Xiaodong Hu, Jing Liu. Multiple-level Flash Memory Based on Stacked Anisotropic ReS2-Boron Nitride-Graphene Heterostructures. Nanoscale, 2020, DOI: 10.1039/D0NR03965A.

图文导读

图1：ReS₂器件结构及其各向异性电学性能表征

图2： b轴晶向上ReS₂存储器性能表征

图3：晶向相关的ReS₂多位闪存设计 

通讯作者及团队介绍

胡晓东

天津大学教授。主持国家自然科学基金项目2项，国家973计划课题1项，国家863计划子项目3项，省部级重点项目2项，作为主要参与人完成国家和省部级项目10余项；近年在Science Advances，ACS NANO等国际顶级期刊上来发表学术论文100余篇；已授权发明专利10项，撰写了2项国家标准.

刘晶

2013年11月至今任天津大学精密仪器与光电子工程学院副教授，2006年与2008年分别获得华中科技大学光信息与技术专业学士和硕士学位，2012年12月获得于美国密歇根大学生物医学工程系博士学位。2014年入选天津市第十批青年千人项目，荣获天津大学北洋青年学者骨干教师称号。主要研究方向包括纳米材料器件物理、纳米材料传感器，以及它们在柔性传感、光电检测和临床医疗等领域的应用。2009年至今，在Science Advances，ACS NANO等国际期刊上发表SCI论文40篇，平均影响因子8.73，总引用800余次，h指数15。多次受邀参加国内外学术会议并做大会报告。承担国家自然科学性基金和国家重点研发计划等项目。

武恩秀

天津大学在读博士。目前以第一作者、共同第一作者，通讯作者发表SCI论文13篇。主要研究方向为二维纳米半导体器件输运特性及其先进电子器件应用，包括气体传感器、光电探测器、多值反相器、倍频器，多态闪存。受邀Nature Electronics、ACS NANO、Nano-Micro Letter、Applied Physics Letters等国际知名期刊的审稿人。

本文由作者团队供稿。