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在過去的半個多世紀，內建電路産業一直在半導體微縮驅動下發展（“摩爾定律”）。然而，随着半導體尺寸微縮難度的持續增加，性能提升的空間不斷縮小，內建電路的發展逐漸進入“後摩爾”時代。在“後摩爾”時代，新型器件和電路功能将成為主要驅動力。
基于阻變器件的神經形态硬體是後摩爾時代新型技術的代表，具有類神經網絡功能、存算一體和大規模并行計算的獨特優勢，有望突破馮•諾伊曼架構的固有瓶頸。長期以來，阻變器件面臨着“電流-保留時間”的沖突，即受限于金屬導電細絲的固有特性，阻變器件狀态的保留時間與操作電流成正相關關系，這恰好與其實際使用需求（長期非易失存儲功能需要在較低的電流下實作以保證能耗優勢，而短期易失選通功能則需要較大的打開電流來保證讀出裕度）相違背。
針對上述問題，清華大學精密儀器系類腦計算團隊提出基礎單質半導體碲（Te）導電細絲的新型阻變器件技術，通過Te半導體導電細絲的生長/斷裂實作器件的高/低電導切換。
圖1. Te導電細絲阻變器件的阻變特性曲線和Te細絲透射電子顯微圖像
該設計利用Te半導體材料具有電化學活性、低熔點、低導熱系數和低電導率的特點，反轉了阻變器件狀态的保留時間與操作電流的依賴關系。在微米尺度的器件裡，長期非易失存儲模式的操作電流可以低至幾個微安量級（在納米尺度的器件裡可低至幾十皮安），而短期易失選通模式的操作電流可以達到幾個毫安量級。“電流-保留時間”關系的反轉與Te導電細絲的使用密不可分：電化學生成的Te導電細絲相比于金屬導電細絲電阻更大，相同電壓下器件電流更低（低電導）；而在更大的電流下，Te導電細絲容易聚集焦耳熱（低熱導），使局部最高溫度超過Te熔點（低熔點），進而使導電細絲再度被熔斷，形成短期易失特性。這一性能成功破解了傳統阻變器件中普遍面臨的“電流-保留時間”沖突，在同一個單器件上同時實作了能滿足應用需要的存儲和選通兩種功能，并示範了“存儲-選通”單元同質內建的可能性。
由于Te特有的電學-熱學性質組合，利用Te導電細絲的阻變器件具有較大且獨特的潛在優化空間，如電媒體熱導率優化、保護電極的功函數、電負性優化等。
圖2. 基于Te導電細絲的同質內建1S1R單元及其阻變性能曲線
該研究成果近日發表于《自然•通訊》（Nature Communications）。清華大學精密儀器系2018級博士生楊逸飛、徐明坤和複旦大學晶片與系統前沿技術研究院博士後賈淑靜為本文的共同第一作者。清華大學精密儀器系李黃龍副教授、裴京副研究員、機械工程系劉大猛副教授和北京電子資訊科技大學段文睿副研究員為該文的共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金、中國科協青年人才托舉工程、北京市腦科學與類腦研究中心、科技部重點專項、北京市重大專項等的資助。
A new opportunity for the emerging tellurium semiconductor: making resistive switching devices
Yifei Yang, Mingkun Xu, Shujing Jia, Bolun Wang, Lujie Xu, Xinxin Wang, Huan Liu, Yuanshuang Liu, Yuzheng Guo, Lidan Wang, Shukai Duan, Kai Liu, Min Zhu, Jing Pei, Wenrui Duan, Dameng Liu & Huanglong Li
Nat. Commun., 2021, 12, 6081, DOI: 10.1038/s41467-021-26399-1
新聞來源：清華大學-清華新聞網
https://www.tsinghua.edu.cn/info/1181/87963.htm
課題組招聘博士後：
招聘方向：
1. 實驗：非易失存儲器、憶阻器、神經形态器件、新型器件內建工藝與電路設計、二維電子器件
2. 理論：納米電子器件輸運特性模拟、功能電子材料理論計算、新器件和新材料研究（磁、鐵電、拓撲等）
計劃每年招聘人數（常年）：博士後：2-3名
招聘要求：
精通所應聘的研究方向所需實驗工具，有較強的溝通、了解、英文寫作能力，近2-3年以第一作者發表過大類領域的高影響力文章，可獨立開展課題。
應聘方法：
發送履歷至：
注明“博士後應聘”。
課題組介紹：
課題組圍繞新型半導體資訊器件和材料開展實驗和理論研究。近3年來取得了階段性成果：神經形态半導體（實驗，Adv. Mater. 2019）, 超陡亞門檻值擺幅半導體（理論，Adv. Mater. 2020），三維存儲選通開關材料（理論，Nat. Commun. 2020），存算一體阻變器件（實驗，Nat Commun. 2021）等。自有研究條件包括DFT計算軟體CASTEP、VASP、ATK，計算伺服器清華超算、無錫超算、UK超算，薄膜生長裝置磁控濺射儀、脈沖雷射沉積系統，器件測試平台半導體參數分析儀、探針台，材料表征裝置原子力顯微鏡。學校擁有微納加工公共平台。課題組PI為李黃龍副教授，依托清華大學類腦計算研究中心、北京腦科學與類腦研究中心等平台開展研究。