有机存储容量更大
随着信息技术的飞速发展,要求有更小尺寸的信息存储点和更高密度的存储单元,于是一种新型的存储器——有机存储器应运而生。
如今,人类已经进入了信息社会,信息存储技术作为信息交换、处理的基础得到了广泛重视。早在上世纪50年代,存储材料和器件的研究已经广泛开展。在早期的研究中,受技术、原理等限制,对存储器所使用的材料以无机半导体材料为主。以这种材料为介质的开关及存储器件,由于其成熟的技术和稳定的性能,在当今信息社会里得到了广泛的应用。
随着计算机、网络、通信、电子商务等技术的发展,对存储器的要求越来越高。但由于光刻技术的限制,使得生产成本随尺寸变小成指数增长,无机半导体材料已逐渐达到其研究开发的极限。有机功能材料具有体积小、重量轻、组成结构多变、易加工、成本低等优良特性,以它为基础的存储技术获得了各国科学家的关注,进而得到了迅速的发展。以有机分子材料取代传统无机材料制备新型的高密度、超快速、高稳定性的存储器件就在不远的将来。
按照存储方式的不同,有机存储器件可分为电存储器件和光存储器件。这两种存储器分别以电信号和光信号为媒介,将信息存储到有机薄膜上。
有机电存储器件
有机电存储器件的原理是:有机功能材料在一定的电场作用下可发生导电态的转变,由绝缘态跃迁为导电态,相当于计算机存储器中的“0”态和“1”态,外加的电信号就是用于信息的“写入”或者“擦除”。它具有存储密度大、响应速度快、制作工艺简单、形态易于控制和成本低廉等优点。
要实现存储的功能,还要具备以下特点:在室温下可发生双稳态的快速跃迁;跃迁的临界电压低;导电态在改变前后要能明显区分;跃迁时间短;热稳定性良好;电场撤除时,状态维持时间足够长;抗疲劳性强。
器件的结构采用金属/介质层/金属的薄膜夹层结构。介质层可以是单一有机材料、有机材料/无机半导体双层结构、有机材料/金属/有机材料结构。介质层上下两侧的金属作为电极输入电信号,一般使用金、银、铜、铝和ITO等。
近年来,关于有机电存储器方面的研究取得了长足的进步:总结出了多种有机电双稳态特性的机理;用扫描探针显微镜在有机膜上进行超高密度信息存储获得很大的成功;器件的制作工艺不断提高,提出了在薄膜器件中引入金属氧化物层以改善有机电存储器性能的方法;研制出了新型的以结构决定性能的有机电存储器,器件能够达到很高的擦写次数,并具有更高的热稳定性;以有机材料和无机半导体材料相结合的有机电存储器已做到接近实用水平。
美国普林斯顿大学的科学家在《Nature》杂志上报道一种新型的一次写入、多次读取的存储器,这种存储器利用聚合物PEDOT制备,基板使用柔韧性好的不锈钢,具有存储密度高、存储速度快、制作工艺简单、可弯曲的优点。理论上在1mm2面积的器件上可以存储100Mbit的信息,写入时间小于1秒。并且制造这种器件不需要高温等苛刻的工艺条件,成本低廉。这种器件极有可能在小面积信息存储(如手机、可移动存储器、闪存等) 中获得应用。
有机光存储器件
有机光存储的原理是:能够吸光的存储介质被激光器照射时吸收能量,使局部产生瞬时高温而发生分解、熔化或变形等不可逆的物理化学变化,产生小坑或小泡等微小的记录点,从而导致记录点处与未记录点处对激光反射率的较大不同,用一强度恒定的并与记录激光具有同一波长的低功率密度的激光器扫描光盘,已变化的介质薄膜部分所反射回来的光强发生改变,通过信息还原系统读出信息。
光存储材料是发展光存储技术的核心和关键。作为光存储介质的材料应满足以下要求:灵敏度高,能够快速写入和读取;具有良好的光、热、化学稳定性,能够长时间保存所记录的信息;其吸收光谱及反射光谱与激光光源相匹配;抗疲劳性能好;无毒。与无机材料相比,有机材料具有许多优点:存储密度高,可超过1013bit/cm;导热性差,抗磁能力强,噪声干扰小;具有较低的熔点和软化温度,存储灵敏度高;可用甩胶涂布法制备,结构易于加工,生产成本低;材料的光学、热学性质可通过改变分子结构来调节;毒性小,环境污染少。
目前,有机光存储技术主要有光化学烧孔存储、全息记忆存储、双光子激发三维存储和光致变色存储等。依功能不同有两种类型:可录型,即一次性录入信息多次读取,但不能重新写入;可擦写型,即可以用于录入,又能擦除重新写入。可录型光存储器研究的目标是获得高密度的存储器,主要的方法是染料的吸收波长变短,使用的材料包括菁染料、酞菁染料、偶氮染料、金属配合物等。可擦写型光存储器研究的目标是实现“0”和“1”的双稳态,主要利用光致变色技术,使用的材料有偶氮类及醌类染料、二芳基乙烯型等。
日本NTT公司研制成功了一种存储容量达1GB,尺寸仅为邮票大小的有机光存储器(如图所示)。这种存储器采用全息记忆存储技术,结构与云母类似,为多层构造,每层的存储密度为1.7Gbit/in。这种器件使用塑料作为基板,可以弯曲,且成本低廉。
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