相变存储器
当今，相变存储器，电脑系统采用层次化存储架构：缓存、内存和闪存。离CPU越近，对存储器存储速度需求越高，如内存的速度为纳秒级别，而缓存则需要皮秒级别。作为下一代存储器的有力竞争者，相变存储器的速度决定了其应用领域，而相变存储器速度主要由相变材料的结晶速度（写速度）所决定。
相变存储器（相变存储器缺点）
研究表明，相变存储器的热稳定性越差，结晶速度越快，而单质锑（Sb）是目前已知热稳定性最差的相变材料，可能具有最快的操作速度。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠和朱敏研究团队等通过分子动力学计算，相变存储器，发现单质锑能够在120ps内从非晶结构中成核并进一步完全结晶。
通过制备200nm、120nm和60nmT型下电级器件的单质锑相变存储器件，研究发现随着器件尺寸减小，单质锑相变存储器的速度越快。200nm单质锑器件最快的写速度为359ps（见图1），当器件尺寸微缩至60nm时，写速度为~242ps,比传统Ge2Sb2Te5的快近100倍（20ns）。
相变存储器缺点
深大饶峰教授在相变存储器领域取得重大进展
深圳商报2019年8月24日讯8月22日，深圳大学科研工作又传喜讯。该校材料学院饶峰教授与美国约翰霍普金斯大学马恩教授、西安交通大学张伟教授合作，在面向高精度神经元计算应用的相变存储材料与器件研究方面取得重要进展。该成果以“超低噪声与漂移的相变异质结存储器”为题，于2019年8月22日由《科学》杂志发布。饶峰教授为本论文共同通讯作者，团队成员丁科元博士后为第一作者，深圳大学材料学院为本论文第一单位。
随着人工智能、大数据、超级计算机的迅猛发展，要求传统商用计算体系架构更加低功耗、高效率、低成本，为此业界近年来致力于研发基于新型非易失性存储技术的类脑神经元计算器件。相变随机存储器（PCRAM）是最成熟的新型非易失性存储器技术，2015至2018年间已实现商业化，近年来基于先进的PCRAM技术研发神经元计算器件成为业界研发焦点。然而商用PCRAM器件在反复可逆相变操作过程中，存在很多弊端，例如：多数据态存储操作时各态电阻值波动较大，高密度存储阵列的单元间与单元内反复多次操作一致性、协同性低下，神经元计算时噪声颇高等，严重制约了高精度、高效率神经元计算器件的开发。
相变存储器的研究进展
近年来，非易失性存储技术在许多方面都取得了一些重大进展，为计算机系统的存储能效提升带来了新的契机，采用新型非易失性存储技术来替代传统的存储技术可以适应计算机技术发展对高存储能效的需求。以相变存储器为代表的多种新型存储器技术因具备高集成度、低功耗等特点而受到国内外研究者的广泛关注，本文介绍相变存储器的工作原理、技术特点及其国内外最新研究进展。
一、相变存储器的工作原理
相变存储器(PhaseChangeRandomAccessMemory,简称PCRAM)的基本结构如图1所示，相变存储器的基本存储原理是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号，使相变材料发生物理相态的变化，即晶态(低阻态)和非晶态(高阻态)之间发生可逆相变互相转换，从而实现信息的写入(“1”)和擦除(“0”)操作。相互转换过程包含了晶态到非晶态的非晶化转变以及非晶态到晶态的晶化转变两个过程，相变存储器，其中前者被称为非晶化过程，后者被称为晶化过程。然后依靠测量对比两个物理相态间的电阻差异来实现信息的读出，这种非破坏性的读取过程，相变存储器，能够确保准确地读出器件单元中已存储的信息。
