本文轉自：科技日報

科技日報記者張夢然

透過鐵電柵極絕緣體和原子層沉積氧化物半導體通道，日本科學家制造了三維垂直場效應電晶體，可用來生產高密度資料儲存器件。此外，透過使用反鐵電體代替鐵電體，他們發現擦除資料只需要很小的淨電荷，從而提高了寫入的效率。發表在2022年電氣與電子工程師協會（IEEE）矽奈米電子研討會上的該項成果，將催生新的更小、更環保的資料儲存器。

東京大學研究人員創造的垂直場效應電晶體，可用於將資訊儲存在3D陣列中，有望帶來更快、更節能的資料儲存方式。圖片來源：東京大學工業科學研究所

在儲存器的尺寸、容量和可負擔性方面，消費類快閃記憶體驅動器已取得了巨大的進步，但新的機器學習和大資料應用程式正繼續推動對創新的需求。此外，支援雲的移動裝置和未來的物聯網節點也需要節能且體積更小的記憶體。而當前的快閃記憶體技術卻需要相對較大的電流來讀取或寫入資料。

鑑於此，東京大學工業科學研究所科學家開發了一種基於鐵電和反鐵電場效應電晶體（FET） 的概念驗證3D堆疊儲存單元，該電晶體具有原子層沉積的氧化物半導體通道。FET可以非易失性方式儲存1和0，這意味著它不需要一直供電；垂直裝置結構則增加了資訊密度並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構中，鐵電材料具有在同一方向排列時最穩定的電偶極子，鐵電氧化鉿自發地使偶極子垂直排列。資訊透過鐵電層中的極化程度儲存，由於電阻的變化，系統可以讀取。另一方面，反鐵電體喜歡在擦除狀態下上下交替偶極子，這使得氧化物半導體溝道內的擦除操作變得有效。

研究證實，該器件在至少1000個週期內都可保持穩定，研究人員還使用第一原理計算機模擬繪製了最穩定的表面狀態。

研究人員稱，新方法或將極大地改善非易失性儲存器，同時有助於實現下一代消費電子產品。