基于石墨烯的忆阻器向受益于下一代计算又迈进了一步

来自伦敦玛丽女王大学和Paragraf有限公司的研究人员在基于石墨烯的忆阻器的开发方面迈出了重要一步，并释放了它们在未来计算系统和人工智能（AI）中的应用潜力

这项创新发表在ACS Advanced Electronic Materials上，并登上了本月杂志的封面，已在晶圆级实现。它开始为基于石墨烯的忆阻器的可扩展生产铺平道路，这些忆阻器是非易失性存储器和人工神经网络（ANN）的关键器件

忆阻器被认为是计算领域潜在的游戏规则改变者，它能够执行模拟计算，在没有电源的情况下存储数据，并模拟人脑的突触功能

石墨烯是一种只有一个原子厚的材料，具有任何已知物质中最高的电子迁移率，它的集成可以显著增强这些器件，但直到最近，以可扩展的方式将其整合到电子产品中一直是出了名的困难

玛丽女王大学物理与化学科学学院的研究科学家Zhichao Weng博士说：“石墨烯电极为忆阻器技术带来了明显的好处。”。“它们不仅提高了耐久性，还提供了令人兴奋的新应用，如光敏突触和光学可调存储器。”

忆阻器开发中的一个关键挑战是器件退化，石墨烯可以帮助防止器件退化。通过阻断降解传统电极的化学途径，石墨烯可以显著延长这些器件的寿命和可靠性。其卓越的透明度，可传输98%的光，也为先进的计算应用打开了大门，特别是在人工智能和光电子领域

这项研究是实现石墨烯电子可扩展性的关键一步。从历史上看，生产与半导体工艺兼容的高质量石墨烯一直是一个重大障碍。然而，Paragraf专有的金属有机化学气相沉积（MOCVD）工艺现在可以直接在目标基板上生长单层石墨烯

这种可扩展的方法已经被用于基于石墨烯的霍尔效应传感器和场效应晶体管（GFET）等商业设备中

Paragraf首席技术官John Tingay表示：“石墨烯有机会帮助创建下一代计算设备，这些设备可以以新的方式将逻辑和存储结合起来，这为解决人工智能中训练大型语言模型的能源成本提供了机会。”

“伦敦玛丽女王大学提供忆阻器概念验证的最新进展是将石墨烯在电子领域的应用从磁性和分子传感器扩展到证明其如何用于未来的逻辑和存储设备的重要一步。”

该团队使用多步光刻工艺将石墨烯电极图案化并集成到忆阻器中，产生了可重复的结果，为大规模生产指明了方向

玛丽女王工程与材料科学学院电子材料教授Oliver Fenwick补充道：“我们的研究不仅确立了概念验证，还证实了石墨烯比其他材料更适合提高忆阻器的性能。” More information: Zhichao Weng et al, Memristors with Monolayer Graphene Electrodes Grown Directly on Sapphire Wafers, ACS Applied Electronic Materials (2024). DOI: 10.1021/acsaelm.4c01208