据报道，堪萨斯大学和休斯顿大学合作发起了一项由美国国家科学基金会“未来半导体项目2”（FuSe2）提供的180万美元资助项目，旨在开发具有原子级可调性的存储电阻器，称为“忆阻器”（memristors），用于模拟人脑的高级计算系统。此外，该项目还将培养美国半导体行业未来的技术人才。
FuSe2项目成立于2023年，专注于解决未来半导体研发中的关键挑战。此次合作的产业伙伴包括美光、英特尔和三星。
该项目由堪萨斯大学物理与天文学杰出教授朱迪·吴（Judy Wu）带领，她的团队成员包括堪萨斯大学物理与天文学副教授哈特温·皮勒斯（Hartwin Peelaers）以及休斯顿大学的弗朗西斯科·罗布莱斯（Francisco Robles）。他们的研究目标是解决“类脑计算”这一重要挑战。
这种新一代计算方式旨在实现高速度和高能效，模仿人脑的工作方式，优化用于人工智能的计算。这种系统由一系列忆阻器构成，模拟人工突触和神经元。
朱迪·吴和她的同事们采用了一种协同设计方法，融合了材料设计、制造和测试环节，以实现对氧化物半导体忆阻器在原子层级的精确调控，从而赋予类脑电路所需的功能性。
他们的研究将解决材料研究中长期存在的挑战：能否将少数原子层精确堆叠，实现未来半导体器件所需的功能和大面积均匀性。这些原子层的厚度比纳米尺度薄十倍（相比之下，一张纸的厚度约为10万纳米）。
“获得此次资助的创新在于基于超宽带隙半导体（如氧化镓）的超薄忆阻器，其电子结构经过原子级精度的理论模拟调控，”朱迪·吴表示。“这是我们三位研究人员合作的成果，利用协同设计方法实现了由模拟指导的忆阻器设计。”
图：原子级薄记忆电阻器：开启类脑计算的新时代（图源：KU News）
值得一提的是，朱迪·吴和团队率先展示了一种厚度小于2纳米的存储器。
“这是我们的一项重要发明，”吴说，“我们掌握了一种独一无二的技术，能够将仅几层原子精确地堆叠在一起。”
通过实现厚度接近0.1至小于2纳米的薄膜，堪萨斯大学的研究团队正开辟新的科学领域。
“我们能够将选定的原子层堆叠在一起，”吴补充道，“我们的核心目标是开发能够在类脑电路中充当神经元和突触的‘可调忆阻器’，从而支持类脑计算。我们希望借助这一电路模拟大脑的思维、计算、决策和模式识别能力，实现高速高能效。”
该研究还将在两所大学内开展领先的STEM人才培养计划，致力于通过教育和推广活动为半导体行业培养多元化的高技能人才。该团队包括教授希瑟·多姆贾恩、龙海英博士，以及特蕾莎·麦克唐纳、埃莉诺·加德纳和卡罗琳·科肯等成员。
“这个项目特别注重培养半导体产业的人才队伍，”朱迪·吴指出，“我们计划每年夏天开展为期一周的研讨会，持续三年。活动将主要面向移民子女，这些学生虽然是美国公民，但因家长的季节性工作，面临教育资源匮乏的问题，接触到半导体、高科技微电子和未来洁净室微制造领域的机会非常有限。”
吴和她的团队将从堪萨斯州、德克萨斯州及其他地区招募移民家庭学生，为经济条件有限的学生提供学习机会。
“我们希望让他们了解高科技半导体领域，以激发他们对该领域的兴趣，”吴说道，“我们的许多博士生现在已在英特尔、霍尼韦尔、塔尔半导体、蓝源、洛克希德·马丁和ASM等公司工作——这些学生未来也可以沿着类似的职业道路发展。此外，我们还计划开发一系列在线的动手体验活动，扩大社会影响力。”
报道原文：Atomically Thin Memory Resistors Will Optimize Semiconductors for Neuromorphic Computing
