2013 年前使用憶阻器的記憶裝置將上市

　　這個禮拜有一則大新聞，是 HP 將和 Hynix 合作，在 2013 年前讓使用憶阻器(Memristor)的記憶裝置上市，和閃存一較高下。這在業(yè)界被認為是一個重要的里程碑，但是憶阻器究竟是什么?它有什么神奇的特 性，讓它這么受重視?在這篇里小姜試著用最簡單的方式，介紹憶阻器這有趣的「新」電子零件給大家，并且探討為什么它可能是晶體管以來，最重要的電子進展。

　　什么是憶阻器?

　　憶阻器的英文 Memristor 來自「Memory(記憶)」和「Resistor(電阻)」兩個字的合并，從這兩個字可以大致推敲出它的功用來。最早提出憶阻器概念的人，是華裔的科學家蔡少棠，當時任教于美國的柏克萊大學。時間是 1971 年，在研究電荷、電流、電壓和磁通量之間的關(guān)系時，蔡教授推斷在電阻、電容和電感器之外，應該還有一種組件，代表著電荷與磁通量之間的關(guān)系。這種組件的效果，就是它的電阻會隨著通過的電流量而改變，而且就算電流停止了，它的電阻仍然會停留在之前的值，直到接受到反向的電流它才會被推回去。用常見的水管來比喻，電流是通過的水量，而電阻是水管的粗細時，當水從一個方向流過去，水管會隨著水流量而越來越粗，這時如果把水流關(guān)掉的話，水管的粗細會維持不變;反之當水從相反方向流動時，水管就會越來越細。因為這樣的組件會「記住」之前的電流量，因此被稱為憶阻器。

　　憶阻器有什么用?

　　在發(fā)現(xiàn)的當時...沒有。蔡教授之所以提出憶阻器，只是因為在數(shù)學模型上它應該是存在的。為了證明可行性，他用一堆電阻、電容、電感和放大器做出了一個模擬憶阻器效果的電路，但當時并沒有找到什么材料本身就有明顯的憶阻器的效果，而且更重要的，也沒有人在找 -- 那是個連集成電路都還剛起步不久的階段，離家用電腦開始普及都還有至少 15 年的時間呢!

　　HP 的 Crossbar Latch

　　于是這時候 HP 就登場了。事實上 HP 也沒有在找憶阻器，當時是一個由 HP 的 Phillip J Kuekes 領(lǐng)軍的團隊，正在進行的一種稱為 Crossbar Latch 的技術(shù)的研究。Crossbar Latch 的原理是由一排橫向和一排縱向的電線組成的網(wǎng)格，在每一個交叉點上，要放一個「開關(guān)」連結(jié)一條橫向和縱向的電線。如果能讓這兩條電線控制這個開關(guān)的狀態(tài)的話，那網(wǎng)格上的每一個交叉點都能儲存一個位的數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)下數(shù)據(jù)密度和存取速度都是前所未聞的，問題是，什么樣的材料能當這個開關(guān)?這種材料必需要能有「開」、「關(guān)」兩個狀態(tài)，這兩個狀態(tài)必需要能操縱，更重要的，還有能在不改變狀態(tài)的前提下，發(fā)揮其開關(guān)的效果，允許或阻止電流的通過。如何取得這樣的材料考倒了 HP 的工程師，因此他們空有 Crossbar Latch 這么棒的想法，卻無法實現(xiàn)。誰知道，他們在找的東西，正是憶阻器?

　　意外的二氧化硅

　　突破來自于另一處。另一個由 Stanley Williams 領(lǐng)軍的 HP 團隊在研究二氧化硅的時候，意外地發(fā)現(xiàn)了二氧化硅在某些情況的電子特性怪怪的。本來怪怪的也就怪怪的，記錄下來就算了，但他的同僚 Greg Snider 卻提醒了他這或許就是憶阻器，而且或許正是 Crossbar Latch 在尋找的東西。

　　二氧化硅當作憶阻器用時是這樣的 -- 一塊極薄的二氧化鈦被夾在兩個電極(上圖是鉑)中間，這塊鈦又被分成兩個部份，一半是正常的二氧化鈦，另一半稍微「缺氧」，少了幾個氧原子。缺氧的那一半帶正電，因此電流通過時電阻比較小，而且當電流從缺氧的一邊通向正常的一邊時，在電場的影響之下缺氧的「洞」會逐漸往正常的一側(cè)游移，使得以整塊材料來言，缺氣的部份會占比較高的比重，整體的電阻也就會降低。反正，當電流從正常的一側(cè)流向缺氧的一側(cè)時，電場會把缺氧的洞從回推，電阻就會跟著增加。

　　二氧化硅有這樣的子的特性 HP 不是第一個發(fā)現(xiàn)的，但是卻因為 Crossbar Latch 研究的關(guān)系，是第一個了解到它其實就是憶阻器，以及它在電腦應用上的重要性的廠商。在實際應用時，對兩根電線施加單向的電壓就可以控制開關(guān)的狀態(tài)，而讀取時則是用交流電來讀取電阻值，就可以知道目前該開關(guān)的狀態(tài)。

　　憶阻器的未來