RRAM基于雙穩態電阻轉換的阻性存儲器（RRAM）作為集動態/靜態隨機存儲器和浮柵存儲器功能為一體的通用存儲器，是NAND技術后的下一代非易失性存儲（NVM）技術。

目前，業界普遍認為RRAM是非易失性存儲器下一輪競賽中的領先者，這源自阻性存儲材料豐富的物理特性及其獨特的存儲原理。阻性存儲材料涵括了氧化物材料、硫系半導體材料、2D材料、有機聚合物材料。根據存儲原理，這些材料可用以構建氧化還原型存儲器、鐵電隧道結存儲器、Mott存儲器、分子存儲器和柔性存儲器。其中，某些特有的存儲原理與功能使這些存儲器可拓展至多環節應用，在多領域交叉方面大顯身手。

（1）氧化還原型阻性存儲器及其材料。該類存儲器包括兩類，即：基于金屬陽離子行為的EMB或CBRAM（電化學金屬化橋存儲器，有的也稱之為可編程金屬化單元PMC）和基于氧陰離子的VCM（ValenceChangeMemory，價態改變型存儲器）。

EMB阻性存儲器通常采用活性電極-離子導體-惰性電極系統，電化學活性材料如Ag或Cu可制成活性電極，惰性電極采用W或Pt等，離子導體可以是固體電解質薄膜（如：銀硫系化合物Ag2S和Cu2S等），也可以是氧化物（如ZrO2）。其中的導電細絲或金屬化橋的形成依賴于活性金屬的電化學反應。這類RAM技術可滿足固態硬盤、嵌入式非易失性存儲器等多樣市場需求。2012年，已經有基于EMB的串行非易失性存儲器商業產品問世。

2015年2月，Micron發布了采用27nm技術制造的16Gb的CuCBRAM芯片（見圖4）。此外，EMBRRAM備受關注的是其電化學反應調控的可重構開關，它不僅可以作為突觸元件應用于人工神經網絡技術（見圖5），而且與其他系統的集成能夠提供更為豐富的功能。例如2014年報道了一種集成了阻性存儲器的超級電容器系統，其放電過程的穩定性獲得大幅提升。

圖427nm技術的16GbCuCBRAM

圖5基于Ag2S憶阻器的類突觸記憶強化功能

依賴于氧陰離子（或氧空位）的VCM阻性存儲器根據阻態轉變行為又分為金屬氧化物雙極型（MOBF）RRAM和金屬氧化物單極型（MO-UF）RRAM兩類。前者一般采用雙層氧化物結構，其中至少一層是非化學計量比的氧化物薄膜，例如可商業化的Ta2O5-x/TaO2-x結構。2012年，松下展示了一個8Mb的TaOxRRAM，它具有8.2ns的寫入脈沖速度和443Mb/s的速率。2013年初，東芝公司發布了與24nmCMOS相集成的32GbRRAM存儲器。

同年7月，松下推出了第一款替代EEPROM的商用8位微控制器，它采用了集成TaOxRRAM的0.18μmCMOS處理器。另一類MO-UFRRAM也被稱作為熱化學存儲器（TCM），采用的介質材料為NiOx、HfOx等，電極一般選用TiN、Pt和W等。與前述存儲結構不同，MO-UF器件不依賴結構上的不對稱性來實現阻性存儲，而且其寫/擦電壓極性相同，因此在制備小尺寸存儲陣列方面具有優勢。此外，其單一電壓極性的編程方式也大大簡化了電路。

（2）鐵電隧道結（FTJ）存儲器及其材料。常見的鐵電隧道結采用金屬/超薄鐵電薄膜/金屬這樣的三明治結構，幾納米厚的鐵電層作為電子隧穿勢壘，其自發極化翻轉使得勢壘高度發生明顯變化，從而在隧道結中獲得高、低兩個電阻態。

鐵電極化的快速翻轉能力使得鐵電隧道結阻性存儲器在快速度、低功耗等方面有得天獨厚的優勢，比如：其讀電壓通常僅為100mV，寫操作的能量可以降低到10fJ/bit。FTJ因受限于低的隧穿電阻開關比一度遭遇技術瓶頸，后來通過巧妙設計鐵電異質結構跨越了這一障礙，2013年報道了一種新結構的BaTiO3FTJ存儲器，將其中一端的金屬電極用鐵電半導體替代，從而實現鐵電自發極化翻轉對勢壘高度和寬度的同時調控，獲得異常增強的隧道結電阻開關比。而且，此類鐵電異質結構的阻態取決于鐵電疇結構，通過微結構調控能夠實現可控的準連續阻態變化，這是實現人工認知的關鍵環節。采用FTJ可以執行“類腦”的編碼、訓練、識別等功能。

（3）Mott存儲器及其材料。利用Mott絕緣體材料在外界刺激（光、熱、電）下發生金屬態-絕緣態轉變從而實現雙穩態存儲。VO2和NbO2是其中的代表性材料，這些材料不但具有刺激依賴的電阻調控能力，而且能夠獲得刺激依賴的電容調控，因此可以執行多環節、跨領域的復雜任務。2009年《Science》報道的諧振頻率即時可調的諧振器，正是利用了VO2Mott憶容器對電容的調控特性。

2014年美國UCBerkley報道了一種集成了Mott存儲器的可扭轉的人工微肌肉系統，該系統利用了VO2憶阻器對電阻的即時調控特性，對扭矩和轉速進行實時控制（圖6）。這種人工微肌肉系統使具有反饋、響應和自適應等能力的未來智能機器人成為可能。

圖6集成了VO2Mott憶阻器的可扭轉的人工微肌肉系統

（4）聚合物阻性存儲器。該類存儲器充分發揮了聚合物材料可彎曲與可延展性以及易于圖案化加工的特點，能夠與電子皮膚系統無縫對接，在可穿戴設備領域有得天獨厚的優勢，使可穿戴通訊、處理與存儲技術成為現實。此外，柔性阻性存儲器在醫療診斷領域也嶄露頭角。2014年《NatureNanotechnology》報道了阻變存儲器件與藥物緩釋器件集成的電子皮膚系統（圖7）。該系統利用傳感元件實時監控患者的生理體征，通過阻性存儲元件對數據進行保存、對比并反饋至藥物釋放驅動元件，使可穿戴的診療及保健系統不再只是科幻作品中的想象。

圖7阻變存儲器件與藥物緩釋器件集成的電子皮膚系統
責任編輯人：CC