1947年，贝尔实验室发明了晶体管，开创了电子设备时代。电子设备比大型易碎真空管小，运行冷，功耗低。晶体管用作二进制开关，以促进电流从关闭到开启。收音机、计算器和电话是第一批用新的半导体技术取代真空管的仪器。随着技术规模的不断扩大，硅晶体管在接下来的几十年里集成到设备中。今天的计算机、手机、手表、起搏器和几乎所有类型的电子设备都依赖于它们的高速处理和存储。
记忆电阻是一种利用二维和三维矩阵配置或交叉开关阵列来模拟二进制开关的电子设备。KAUST材料科学与工程副教Mario Lanza医生断言，像晶体管一样，记忆阻器已经成为一种新的开关技术标准，操作效率上超过晶体管只是时间问题。
由多层六方氮化硼制成的三维示意图
Lanza最近发表了一篇评论文《 Memristive technologies for data storage, computation, encryption, and radio-frequency communication》主要作者，《科学》杂志报道了晶体管发现75周年。本文由工业和学术界的共同作者提供，是第一个支持跨材料和应用的记忆阻器技术准备水平的综合摘要。
记忆阻器主要由四种不同的材料制成，可用于四种应用，共16种组合，本文涵盖了所有这些，Lanza说。我们展示了记忆阻器在这些不同配置中如何工作的技术标准。你会看到什么是有效的，这是非常令人兴奋的。我们对研究结果的总结可能对该领域产生重要影响。
Lanza预计未来可能会有许多其他组合，因为由二维层状材料和钙钛矿制成的记忆阻器正在迅速提高其性能，并可能设计更多的应用程序。
目前的芯片技术已经达到了量子力学的基本极限。芯片晶体管不得小于原子间距。由于按比例缩小不是一种选择，因此记忆阻力技术可以按比例扩展，并将垂直三维技术集成在一起。该技术涉及纳米尺寸的金属线矩阵和绝缘开关-记忆阻力-在每个结点。施加电压脉冲会破坏绝缘层，从而形成电流通路。在去除电压的过程中，材料的修改结构仍然是导电鬼或记忆，当再次施加电压时，可以反转以恢复初始状态。
这样，记忆阻器就可以作为极性开关，在导电和非导电状态之间切换。Lanza 这种能力可用于集成序列中的许多不同功能。
回忆器就像瑞士军刀。它可以用于很多事情。Lanza说。这是一个开关，我可以调整很多状态，不管我想要什么 25 一个稳定或不稳定的状态，或十个或两个。网格可以编程以快速进行高级计算，在更少的空间和更多的空间中消耗更少的能量应用程序——否则，许多晶体管需要完成相同工作的计算。
不同的材料(图)可以用来制造电阻，可以调整到两个或两个以上的非易失性记忆设备。这允许调整其性能以满足不同技术的要求。记忆电阻存储器已成为现实，在先进的计算、安全系统和移动通信(图下)方面取得了重要进展。
Lanza 用于制造记忆电阻的四种非硅基材料是金属氧化物，如二氧化氢；相变，即硫元素；磁性，即钴或铁；铁电体，即钛酸钡。记忆电阻的主要应用是存储、计算、通信和加密。性能可根据所使用的材料和所使用的电阻进行调整，以满足不同技术的要求。
忆阻器的3D集成允许包装更多的设备，并保持尽可能小的尺寸，以证明尺寸不是运行良好的圣杯。Lanza据说这项技术已经在晶体管上完成，但它是记忆阻器的一个新领域。虽然记忆阻器的概念是在20世纪70年代引入的，但直到过去十年才引起关注。
虽然记忆阻器已经出现在一些产品中，比如数据中心和手表，但是Lanza该行业正密切关注该技术，以评估硅晶体管电子以外的未来商业用途。
由于团队的范围和细节归功于团队的跨学科性质。三位合作者是工业科学家，另外六位来自学术界，包括Lanza。来自台积电的三位工业作者中有一位（TSMC）——这家跨国公司负责生产世界上大多数芯片，包括最小和最先进的微芯片；其中两家来自国际商业机械公司 (IBM)，它是170多个国家/地区提供先进信息技术的领导者。
来自学术界的特约作者带来了专业知识，包括数据加密，这是一个缺乏行业标准信息的领域。Lanza 该论文解决了这些差距，建立了行业和其他人可以参考和完善的技术标准基线。
Lanza 2022年小组成员 年 6 月。从左到右：Osamah Alharbi、Mario Lanza、Yue Yuan、Marco Antonio Villena 和 Sebastian Pazos。照片：Mario Lanza / KAUST
预计到2026年，市场预计将增长到56亿美元——内存市场将增长近2800亿美元——他希望这篇论文能为公司投资新忆阻器技术提供动力。
台积电企业研究部主任、清华大学特聘教授张孟凡博士说：这是第一篇广泛概述记忆阻器结构和应用的文章。记忆阻器预计将彻底改变微电子行业。
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