科学家开发出三维垂直场效应晶体管

科技日报北京6月14日电 （记者张梦然）通过铁电栅极绝缘体和原子层沉积氧化物半导体通道，日本科学家制造了三维垂直场效应晶体管，可用来生产高密度数据存储器件。此外，通过使用反铁电体代替铁电体，他们发现擦除数据只需要很小的净电荷，从而提高了写入的效率。发表在2022年IEEE硅纳米电子研讨会上的该项成果，将催生新的更小、更环保的数据存储器。

在存储器的尺寸、容量和可负担性方面，消费类闪存驱动器已取得了巨大的进步，但新的机器学习和大数据应用程序正继续推动对创新的需求。此外，支持云的移动设备和未来的物联网节点也需要节能且体积更小的内存。而当前的闪存技术却需要相对较大的电流来读取或写入数据。

鉴于此，东京大学工业科学研究所科学家开发了一种基于铁电和反铁电场效应晶体管（FET） 的概念验证3D堆叠存储单元，该晶体管具有原子层沉积的氧化物半导体通道。FET可以非易失性方式存储1和0，这意味着它不需要一直供电；垂直设备结构则增加了信息密度并降低了操作能源需求。

氧化铪和氧化铟层沉积在垂直沟槽结构中，铁电材料具有在同一方向排列时最稳定的电偶极子，铁电氧化铪自发地使偶极子垂直排列。信息通过铁电层中的极化程度存储，由于电阻的变化，系统可以读取。另一方面，反铁电体通常在擦除状态下上下交替偶极子，这使得氧化物半导体沟道内的擦除操作变得有效。

研究证实，该器件在至少1000个周期内都可保持稳定，研究人员还使用第一原理计算机模拟绘制了最稳定的表面状态。

研究人员称，新方法或将极大地改善非易失性存储器，同时有助于实现下一代消费电子产品。