作为下一代非挥发性内存而备受关注的RRAM（电阻RAM）“将会成为下一代核心内存”。夏普社长町田胜彦在日本电子信息技术产业协会1月6月于东京举办的新年联欢会上做出了上述表示。RRAM具有这样的优势：作为工作内存，其速度可与SRAM匹敌；作为存储内存，能够实现与NAND型闪存相抗衡的成本。
    夏普曾因在2002年“IEDM（国际电子元器件会议）”上发表RRAM论文而受到业界关注，但此后却始终没有什么动作，只是做过一次学术发表。该公司在内存业务方面，正在利用其擅长的SiP技术对NOR型和NAND型闪存和DRAM等多种内存进行超薄封装。但除NOR型内存之外均从外部采购。因此，与所有品种的内存几乎均可在内部采购的韩国三星电子相比，可以说在供货与成本方面均处于劣势。如能尽快推出新的内存技术，就有可能打破这种局面。
    但是，三星在2004年12月举办的“IEDM”会议上已经就使用不同材料的RRAM进行了技术发表。作为夏普来说，尽管町田社长一直认为“RRAM技术仍为时尚早”，但众多业内人士则认为三星的RRAM“有可能出人意料地很快投产”（出席三星技术演讲的众多研究人员）。其依据，一是因为三星“使用的是在现有半导体生产中采用的普通材料”（在IEDM会议上出席三星技术演讲的众多研究人员），二是与三星已经完成64Mbit产品开发的“PRAM（OUM）结构类似”（读过该论文的研究人员）。对于人们最初完全不了解其工作机理的记忆元件的CER效应，作为诺贝尔奖候选人之一的东京大学教授十仓好纪所领导的日本产业技术综合研究所的一个研究小组，目前正在加紧研究。研究成果将在《日经微器件》杂志主办的“日本第3届半导体内存研讨会”上予以公布。闪存和DRAM内存领域应用的内存技术恐怕早晚都将迎来一个重要的转折点。

    在1月26日6～27日召开的“第3届半导体内存研讨会”开幕第2天的演讲中，演讲者就闪存、移动RAM及新型非挥发内存等手机内存，展开了热烈讨论。
    其中，与新型非挥发RRAM的工作机理相关的日本产业技术综合研究所的演讲，引起了与会者的高度关注。发表演讲的是产综研强相关电子技术研究中心主任研究员泽彰仁。该演讲者就RRAM工作原理利用的现象——CER现象（材料电阻会因施加的电压脉冲而发生巨变的现象）的机理，发表了最新研究成果。
    泽彰研究小组的着眼点是：CER是名为“强相关（Strongly Correlated）电子类”材料中常见的现象。强相关电子类材料是一类材料的总称，这类材料具有电子大范围相互强烈作用的特点，电气传导特性与普通金属及半导体不同。NiO及PrCaMnO等金属氧化物便是其中一例。泽彰及其同事推测CER现象是强相关电子材料与金属电极间的界面发生电阻变化而生产的，对在金属电极上三层叠夹PrCaMnO的元件施加电压，检测了这时的电阻变化。结果表明，电阻变化依靠的是电压的施加方向，泽彰在推测CER现象产生的原因时说：“通过向界面态（Interface State）注入电荷，强相关电子材料与金属电极间的界面所形成的肖特基势垒（Schottky barrier）的高度便会发生变化”。另外，他还表示将进一步进行详细验证，研究为何可以长时间保持被捕获的电荷，以及非挥发性内存的功能得以实现的机理。
    泽彰的演讲结束后，出现了与会者争相提问的场面。另外，研讨会闭幕后，许多与会者仍围着泽彰进行讨论，对其演讲关注之高可见一斑。韩国三星电子等公司正在开发RRAM，在研讨会第一天（26日），该公司就RRAM的开发进展发表了演讲。在最新一期的物理学著名期刊《应用物理通讯》上，来自韩国科学技术院的5位研究人员发表了一篇论文，宣称他们制造出了全球首款透明RRAM存储元件TRRAM。RRAM即电阻RAM，是业界普遍看好的下一代非易失性存储技术。来自韩国的这些研究者并没有在RRAM的制造技术上进行改进，而是使用氧化铟锡等透明材料作为CMOS制造工艺的原料，制造出了透光率达到81%的透明存储颗粒TRRAM。论文的主要作者Jung Won Seo表示，此项成果是走向透明电子设备道路上的一项里程碑式成功，通过采用TRRAM和其他透明电子元件，我们距离真正实用化的全透明电子产品的距离已经不远了。
    研发团队表示，TRRAM的制造工艺并不复杂，预计在3到4年内就能投入商用。他们的下一步研发方向是使用柔性材料制造可弯曲的TRRAM。

    中科院微电子所刘明研究员领导的下一代非挥发性半导体存储器研究组，最近在阻变存储器领域取得进展。在最新一期的《电子器件快报》（IEEEE Lectron Device Letters）上发表了题为“Nonpolar Nonvolatile Resistive Switching in CuDoped Zr O2”的研究论文。这是该研究组继去年在权威期刊《应用物理快报》上发表两篇关于掺杂二元氧化物的阻变效应以来，在该领域取得的又一最新进展。
    在阻变存储器（RRAM）的研究中，刘明领导的研究组把研究的注意力集中在材料组分简单、制造工艺与CMOS兼容的二元金属氧化物上，创新性地研究了掺杂二元金属氧化物的电阻转变特性。实验结果发现在二元金属氧化物中掺杂可以有效地提高器件的成品率，这项结果使得掺杂的二元金属氧化物材料具有很大的RRAM的应用潜力。近期该研究组还基于已经深入研究的Cu/ZrO2:Cu/Pt材料结构，在国内率先制备了8×8的64位阻变存储器交叉阵列，所成功制备的存储阵列最高存储密度达到277.78Mb每平方厘米。
    21世纪，计算机技术、互联网以及新型大众化电子产品的高速发展，对电子信息的存储处理产品的需求呈现高速上升趋势，并迫切需要在存储器材料和技术方面取得突破。来自国内外10多个单位的40余位专家学者在日前举行的以“新一代存储材料与技术”为主题的第326次香山科学会议上，对如何加快发展我国电阻式随机存储器（RRAM）技术进行了学术交流和深入讨论。中国科学院物理研究所研究员赵忠贤、沈保根和北京大学教授甘子钊担任会议执行主席。

    存储器有着巨大的市场需求，是国际国内诸多企业和行业产品的重要组成部分，存储技术已渗透于半导体产品的各个角落，具有极其广泛的应用市场。2006年，全球计算机半导体随机存储器（包括DRAM和SRAM）年产值约为850亿美元，2008年预计达到1360亿美元。
    与会专家认为，当前数字科技的飞速发展，一方面揭示了现有随机存储技术的缺陷，如半导体随机存储器的弱点之一是其易失性，断电情况下信息丢失且易受电磁辐射干扰，这一缺陷极大地限制了该技术在国防、航空航天等一系列关键高科技领域的应用；另一方面，也对现有信息存储产品的性能提出了高速度、高密度、长寿命、低成本和低功耗等更高要求，迫切需要在存储器材料和技术方面取得新的突破。
    2000年，美国休斯敦大学的科学家报道了在庞磁阻氧化物薄膜器件中发现电脉冲触发可逆电阻转变效应（EPIR效应），即在外加纳秒级电压脉冲的作用下，器件的电阻在低阻态（“0”）和高阻态（“1”）之间可逆转变，变化率可达1000倍以上，并且所得到的电阻在外电场去除后可以保持下来。同年，IBM研发部门也在钙钛矿型氧化物薄膜器件中发现了类似的效应。基于这一效应，科学界提出了一种新型非易失性存储器概念——电阻式随机存储器。
    沈保根在主题评述报告中说，RRAM是一种全新的存储概念，其主要优势表现在：一是制备简单。存储单元为金属—氧化物—金属三明治结构，可通过溅射、气相沉积等常规的薄膜工艺制备；二是擦写速度快。擦写速度由触发电阻转变的脉冲宽度决定，一般小于100纳秒，远高于Flash存储器；三是存储密度高。研究表明电阻发生变化的区域很小，约几个纳米，因此存储单元可以很小，另外，在RRAM中还存在多水平电阻转变现象，利用这些电阻状态可存储不同信息，在不改变存储单元体积的条件下可实现更多信息的存储；四是半导体工艺兼容性好，RRAM可利用现有的半导体工艺技术生产，从而大大缩减开发成本。

    自2000年提出RRAM概念以来，有关RRAM的研究论文数量逐年增加，已成为物理学、材料学领域新的研究热点，国内外多所大学、科研机构和公司研发部门加入到开发RRAM的竞争中。2005年，韩国光州科学院、首尔大学等开展了“0.1兆兆位非易失性存储器开发”的研究；2006年，德国、法国等启动“大容量存储结构用新型材料”研究；在中国国家自然科学基金、“863”计划等的支持下，中科院物理所、硅酸盐所也较早启动RRAM的基础研究。
    与会专家认为，目前国际、国内RRAM的研究方兴未艾，在材料探索、机理研究以及演示器件研制等方面都取得了长足进展，RRAM具有成为通用存储器的潜力，但其性能指标有待进一步优化，应用潜力也有待进一步评估。归纳各类实验现象，寻找物理规律，从基本物理原理出发，提出普适的、可定量描述电致电阻效应的物理模型，是当前的迫切任务。
    由于RRAM是一种全新的存储技术，与会专家指出，氧化物材料中电致电阻转变的物理机制不清楚，已成为制约RRAM存储实用化的主要障碍。目前，关于RRAM物理机制的研究已取得了较快进展，但这些机制大都停留在实验现象上，缺乏直接的实验依据。电阻转变部位的确认、电阻转变过程中元素的变化以及电阻转变的重复性问题，是当前RRAM研究所面临的紧要问题；同时，在众多材料中寻找性能、制备、拓展性都满足要求的材料仍是RRAM发展的关键。
    与会专家建议，RRAM的研究要以器件为导向，带动材料和基础研究，物理学、材料学、微电子学等多学科研究队伍应紧密联合起来，形成互补。国家和企业投入，进行市场化运作，构筑基础研究与产业化研究的桥梁。

    虽然当前信息存储产品日新月异，但技术缺陷也逐渐显现：半导体随机存储器在断电情况下信息丢失，并且易受电磁辐射干扰，一定程度上限制了在国防、航天航空的应用；现有存储技术还面临某些问题，如闪存有读写速度缓慢、低记录密度等技术障碍……
    如何突破这些难以逾越的技术瓶颈？“我们迫切需要在存储器材料和技术方面寻求突破，以开发新一代存储器件。”在近日召开的香山科学会议上，一种新型非易失性存储器———电阻式随机存储器（RRAM）备受与会专家关注。作为会议执行主席，中科院物理所研究员赵忠贤、北京大学教授甘子钊和中科院物理所研究员沈保根一致认为，在大容量、低成本存储器需求带动下，半导体技术发展除了不断减小工艺尺寸外，还需引入新的物理现象到存储技术中，这其中，电阻式随机存储器有望在未来主流储存技术中“担当重任”。
    存储器在我国有巨大的市场需求，2007年我国集成电路市场产品中，存储器占近1/4的份额。以计算机的半导体随机存储器为例，2006年全球年产值约为850亿美元，2008年预计达到1360亿美元。虽然我国半导体产业近几年保持良好发展态势，已占据全球市场1/3，但激烈的国际竞争和利润空间压力也成为我国半导体产业发展的严峻挑战。
    “存储器是一项技术相对较低可以大量生产的产品，是后发研究国家和地区在半导体产业技术方面赶超发达国家的有效途径。”在沈保根看来，在此过程中，新物理现象、新材料对存储器的发展具有巨大推动作用。例如，自英特尔公司在上世纪80年代末推出非易失性闪存以来，在短短20年时间里，迅速成为存储产业的核心，并推动了数字产品的多功能化；高介电常数栅介质和金属栅极的使用，极大提高了晶体管的性能，将集成电路推进到45纳米时代。
    作为当前乃至未来最重要的存储器之一，非易失性随机存储器的发展有可能超越传统的动态随机存储器（DRAM）与静态随机存储器（SRAM）。

    这包括利用自发极化现象而开发的铁电存储器、利用电致相变现象开发的相变存储器、利用磁电阻效应开发的磁存储器（MRAM）和利用电致电阻转变效应开发的电阻式存储器（RRAM）。其中，电阻式存储具有制备简单、擦写速度快、存储密度高、半导体工艺兼容性好等优势。我国半导体存储领域研究起步较晚，然而，电阻式随机存储器是一种全新的存储概念。自2000年提出以来，已成为物理学、材料学领域新的研究热点。国际上相关研究处于起步阶段，基础研究尚未成熟，国外尚未形成如DRAM、SRAM和闪存等存储器的垄断优势。目前电阻式存储器在材料探索、机理研究以及演示器件研制等都取得进展，初步研究表明RRAM具有成为通用存储器的潜力，但是其性能指标有待进一步优化，应用潜力也有待进一步评估。
    “现在急需国内物理学、材料学、微电子学以及其他相关学科的科研人员联合攻关，形成互补。”专家们认为，我国应充分利用在物理学和材料科学领域基础研究的技术积累，以器件为导向，带动材料和基础研究，做出自主创新的科研成果和具有自主知识产权的产品。要吸引企业参与，在产品导向上应当考虑与现有工艺和产品的对接，找到易于突破成本垄断的产品方向。
    专家建议，国内研究可以沿两个方向展开：一是加强基础性研究，阐明电致电阻效应的机理；同时，开展器件研究，以产品为导向，重点研究器件化过程中所涉及的核心的基础与技术问题，以此推动基础性研究的深入。