科學(xué)家開發(fā)出三維垂直場效應(yīng)晶體管

通過鐵電柵極絕緣體和原子層沉積氧化物半導(dǎo)體通道，日本科學(xué)家制造了三維垂直場效應(yīng)晶體管，可用來生產(chǎn)高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。此外，通過使用反鐵電體代替鐵電體，他們發(fā)現(xiàn)擦除數(shù)據(jù)只需要很小的凈電荷，從而提高了寫入的效率。發(fā)表在2022年IEEE硅納米電子研討會(huì)上的該項(xiàng)成果，將催生新的更小、更環(huán)保的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

在存儲(chǔ)器的尺寸、容量和可負(fù)擔(dān)性方面，消費(fèi)類閃存驅(qū)動(dòng)器已取得了巨大的進(jìn)步，但新的機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序正繼續(xù)推動(dòng)對(duì)創(chuàng)新的需求。此外，支持云的移動(dòng)設(shè)備和未來的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也需要節(jié)能且體積更小的內(nèi)存。而當(dāng)前的閃存技術(shù)卻需要相對(duì)較大的電流來讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

鑒于此，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所科學(xué)家開發(fā)了一種基于鐵電和反鐵電場效應(yīng)晶體管（FET） 的概念驗(yàn)證3D堆疊存儲(chǔ)單元，該晶體管具有原子層沉積的氧化物半導(dǎo)體通道。FET可以非易失性方式存儲(chǔ)1和0，這意味著它不需要一直供電;垂直設(shè)備結(jié)構(gòu)則增加了信息密度并降低了操作能源需求。

氧化鉿和氧化銦層沉積在垂直溝槽結(jié)構(gòu)中，鐵電材料具有在同一方向排列時(shí)最穩(wěn)定的電偶極子，鐵電氧化鉿自發(fā)地使偶極子垂直排列。信息通過鐵電層中的極化程度存儲(chǔ)，由于電阻的變化，系統(tǒng)可以讀取。另一方面，反鐵電體通常在擦除狀態(tài)下上下交替偶極子，這使得氧化物半導(dǎo)體溝道內(nèi)的擦除操作變得有效。

研究證實(shí)，該器件在至少1 000個(gè)周期內(nèi)都可保持穩(wěn)定，研究人員還使用第一原理計(jì)算機(jī)模擬繪制了最穩(wěn)定的表面狀態(tài)。

研究人員稱，新方法或?qū)O大地改善非易失性存儲(chǔ)器，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)下一代消費(fèi)電子產(chǎn)品。