9月15日消息，據報導，中國科學院半導體研究所科研人員研製出一種新型“鐵電隧穿結”。利用原子層間僅埃米級的微小滑移，即可讓開關電阻相差約1900萬倍，並反覆開關超過1000億次，為開發更省電、更耐用的記憶體與存算一體晶片提供了新路徑！
據悉，鐵電隧穿結可看作一個微型“三明治”：上下兩層是電極，中間夾著一層極薄的鐵電材料。這層材料本為絕緣體，電子難以通過；但當厚度薄到一定程度後，電子就能像“穿牆”一樣隧穿而過。
同時，鐵電材料的極化方向可以翻轉，方向一變，這堵“牆”的高低也隨之改變：牆矮時電子容易通過、電流大，記作一種狀態；牆高時電子難以通過、電流小，記作另一種狀態。兩種狀態電阻差別越大，資料讀出就越準確。
然而，長期困擾學界的是，大電阻差與耐反覆讀寫往往難以兼得。傳統鐵電材料“力氣大”，能讓電阻差別很明顯，但反覆開關後容易“疲勞”，壽命有限。
新型二維滑移鐵電材料則相反，它依靠原子層之間極微小的錯動來改變狀態，幾乎不磨損，能反覆開關超過1000億次，比傳統材料耐用得多，但極化訊號弱、電阻變化不明顯，資料讀起來費勁。
此次，中國科學院半導體研究所吳江濱研究員、譚平恆研究員團隊與香港大學汪涵教授團隊合作，在器件中引入三種關鍵功能層：
氮化硼像一道均勻的“薄牆”，減少漏電並提供穩定隧穿勢壘。二維滑移鐵電材料像可滑動的“閘門”，原子層一錯動就能調控這道牆的高低。單層石墨烯則像靈敏的“感受器”，能察覺變化並調節穿過牆的電子數量。三者配合產生“四兩撥千斤”的效果，把微弱的極化變化轉化為巨大的電阻差別。
該工作在緊湊的兩端結構中同時實現了巨大的非易失讀出窗口、超高耐久性、大驅動電流、快速切換和低開關能耗，突破了鐵電隧穿結中讀出對比度與循環可靠性相互制約的瓶頸。
未來，隨著大規模陣列與配套電路的完善，這類器件有望更快、更低功耗地完成資料存取與計算。這將助力手機、個人電腦等終端裝置在有限功耗條件下承載更為複雜的計算任務，為破解計算系統算力與功耗矛盾、支撐存算一體新型計算架構落地提供新方案。 (國芯網)