人工智能、大数据等技术的快速发展对数据的存储与处理提出了极高要求，现阶段“存算分离”的冯-诺依曼硬件构架在使用中要求数据在存储介质与计算核心之间频繁传输，阻碍了计算效率的提升与功耗的优化，限制了云计算及物联网等新兴技术的进一步发展。目前学术界与工业界正致力于发展新式存储芯片，以期在同一单元中实现数据的快速读写与稳定存储。以相变材料为基础的非易失存储芯片正在从基础研究转向实际应用，在大数据环境下起到愈发关键的作用。其中以基于3D Xpoint构架的英特尔傲腾芯片Intel Optane为代表的相变存储器PCRAM已经率先进入市场，填补了内存DRAM以及固态硬盘SSD之间日益扩大的性能鸿沟，在提升操作速度和存储密度、降低功耗等方面具有明显优势。

相变存储技术是利用基于硫族化物的相变材料在非晶相与晶体相之间的快速可逆相变以及两相间的电学或光学差异实现逻辑值“0”和“1”的区分与调控。目前最重要的相变材料主要是指介于碲化锗GeTe与碲化锑Sb₂Te₃之间的伪二元锗锑碲合金，例如Ge₂Sb₂Te₅，GeSb₂Te₄等。该类材料具有稳定的晶体相与非晶相，能够室温下保持稳定超过10年，同时在操作过程中可实现纳秒级的相变调控。更重要的是锗锑碲合金的非晶相与晶体相之间存在高达3个数量级的电阻差异以及30%的反射率差异可实现“单节点-多逻辑值”识别。利用相变存储器阵列可构建数学矩阵或神经元突触网络，实现高能效比的存内计算或类脑计算，为研发“存算一体”芯片提供了重要载体，有望从根本上优化硬件架构，从而大幅提升算力。

近日，CAID材料创新设计中心张伟教授应Elsevier出版社邀请，与美光半导体有限公司Mattia Boniardi博士、意大利国家研究委员会微电子研究所Antonio M. Mio博士在Materials Science in Semiconductor Processing (IF=3.9)期刊上共同组织了《相变存储原理：制备、表征、器件与模拟》专刊。来自IBM、意法半导体、英国牛津大学、德国亚琛工业大学、美国华盛顿大学、北京航空航天大学、美高梅mgm1888公司官网、中国科学院微系统与信息技术研究所、日本产业技术综合研究所、意大利国家研究委员会微电子研究所等30家企业、高校与研究所共计60余位研究人员参与了该专刊，共发表4篇综述以及12篇研究论文。专刊针对相变存储的研究进展以及未来发展前景进行了探讨，从材料合成与表征、器件制备以及理论建模等方面进行了全面报道，着重关注了相变存储器件所面临的电阻漂移、热电现象、元素迁移、循环寿命和热串扰等关键科学问题，助力相变存储技术的进一步发展。

专刊链接：https://www.sciencedirect.com/journal/materials-science-in-semiconductor-processing/special-issue/105FFW7SDF7