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周智伟 | 忆阻器的发展与应用

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周智伟 | 忆阻器的发展与应用

受美国海军研究署、空军研究实验室资助，阿卜杜拉国王科技大学、IBM研究院、密歇根大学等合作，概述了忆阻器的发展与应用。
忆阻器是将电阻与存储器功能相结合的电子器件，于1971年提出。经过多年发展，目前忆阻器主要有相变材料、金属氧化物、磁性材料、铁电材料、碳纳米管、二维材料、聚合物等实现途径。相变材料主要利用硫族元素合金从结晶（低电阻）到无定形（绝缘）的相变进行电导状态控制；磁性材料主要利用磁隧道结的极化变化进行电导状态控制；铁电材料主要利用铁电隧道结的铁电极化方向进行电导状态控制。忆阻器的主要应用场景包括非易失性存储（已有商用产品），以及内存原位计算。最早商用的忆阻器存储产品由飞思卡尔公司于2006年推出，采用磁性材料制造。2012年，松下公司推出了由金属氧化物制成的忆阻器产品。2015年，英特尔公司和美光公司推出了相变材料忆阻器产品。内存原位计算是一种非冯诺依曼架构计算模式，由忆阻器阵列制成的相关器件可以执行逻辑运算和矩阵乘法等复杂运算，实现神经网络的功能，用于人工智能设备。此外，忆阻器还可以用于真随机数生成，用于物联网等低功耗设备的加密领域；由忆阻器制成的无源开关可工作在毫米波、太赫兹波段，用于未来5G、6G通信设备。近期主要研究方向包括：提高相变材料耐久性、切换速度；提高与传统CMOS工艺的兼容性；提高集成度；探索二维材料的应用。

周智伟 | 忆阻器的发展与应用

这项研究概述了忆阻器的发展与应用，提出了近期主要研究方向，有助于指导该技术发展。

论文：Memristive technologies for data storage, computation, encryption, and radio-frequency communication

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