浙江大学突破性研究：高性能自整流忆阻器，助力后摩尔时代集成电路发展
浙江大学集成电路学院张亦舒团队近日取得重大突破，成功研制出基于氧化钨的、兼容cmos工艺的高性能自整流忆阻器。该成果以论文“high-performance cmos-compatible self-rectifying memristor for passive array integration”发表在《物理评论应用》(physical review applied)期刊上，浙江大学集成电路学院博士生王字健为论文第一作者。该研究获得了国家自然科学基金委员会和浙江省自然科学基金重大项目的资助。
本研究采用钨氧化物WO₃作为核心材料，充分利用钨在CMOS工艺中作为金属互连材料的优势，实现了与现有工艺的高度兼容性。 器件结构简洁，仅采用单氧化层，简化了制备流程，并有效降低了生产成本。
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图：论文部分成果展示
性能测试表明，该自整流忆阻器具有约10³的开关比和10⁵的整流比，展现出优异的稳定性：室温下数据保持能力超过10⁶秒，循环寿命超过10⁴次。 在100×100阵列集成中，器件的电阻读取精度高达97.3%。 当读取裕度设为10%时，基于该器件的无源阵列存储容量可达180.3 Gb。 此外，研究团队利用32×32无源阵列模拟了片上卷积神经网络，对手写数字“0”、“1”和“2”的识别准确率达到了99.1%。
这项研究不仅在材料和工艺方面取得了创新，更重要的是为自整流忆阻器在标准CMOS工艺中的集成提供了切实可行的方案。 这将有效突破存储器件密度瓶颈，推动神经形态计算技术发展，为大规模存储和类脑计算应用提供关键技术支撑，并在后摩尔时代集成电路技术进步中展现出巨大潜力。
研究背景：应对后摩尔时代挑战
后摩尔时代，传统集成电路架构面临瓶颈，突破存储器件密度限制至关重要。 忆阻器作为新一代非易失性存储器件，因其高密度集成潜力和类脑计算应用前景而备受关注。然而，传统忆阻器在高密度阵列集成中易产生严重的串扰效应，影响读取精度，且与CMOS工艺的兼容性不足，限制了其应用。
自整流忆阻器有效解决了这些问题。其正向导通、反向截止的特性能够有效抑制反向电流，从而避免了被动阵列中读取高阻态器件时周边低阻态器件造成的渗透电流。 这一特性使得高密度无源交叉阵列成为可能，降低了制造成本和复杂度。
研究团队介绍
张亦舒：浙江大学杭州国际科创中心百人计划研究员、求是科创学者，浙江省海外高层次人才。长期从事新型存储器（RRAM、FeRAM等）的存算一体化和神经形态计算研究。
王字健：浙江大学集成电路学院2022级直博生。曾赴加拿大滑铁卢大学交流，从事自整流RRAM器件集成、光感存算一体化和新型神经形态器件研究。
