北大团队研制纳米栅超低功耗铁电晶体管:存储电压降至0.6伏推动存算能效跃升

当前,集成电路产业面临着日益严峻的技术挑战。

随着新一代信息技术应用的深入推进,芯片需要满足"超低功耗、高速存算、高集成度"的多重需求,但传统存储技术的性能提升已接近物理极限。

特别是在数据存储与运算的协同环节,效率不足成为制约芯片向更高端、更轻量化方向发展的关键瓶颈。

北京大学研究团队针对这一核心难题进行了深入攻关。

他们采用纳米栅极结构,通过尖端电场汇聚效应构建高度局域化的高密度电场区域,有效放大了铁电层的局部电场强度。

这一创新设计使得铁电极化翻转电压大幅下降,突破了传统平板铁电体的矫顽电压极限。

同时,研究团队将栅电极物理尺寸缩减至1纳米,探索了铁电晶体管的尺寸微缩极限。

经过系统优化,该团队成功将铁电晶体管的工作电压降低至0.6V,能耗降低至0.45fJ/μm,达到目前国际上尺寸最小、功耗最低的水平,相比国际已有报道领先一个数量级。

这一突破的意义在于,存储电压与逻辑电压实现了相当水平,使得数据可以零障碍、低功耗、超高速地双向流动,从根本上改善了存储与计算之间的协同效率。

该研究成果近日在线发表于国际权威学术期刊《科学进展》,得到了学术界的广泛关注。

业界专家认为,这项工作为超低功耗存储器件的研制奠定了坚实的科学基础,有望在高端芯片设计中得到广泛应用。

相关存储器件的推广使用,将大幅降低芯片整体功耗,显著提升数据处理效率,对推动集成电路产业升级具有重要意义。

在全球科技竞争日趋激烈的背景下,这项突破性研究不仅代表着我国在基础元器件领域的自主创新能力,更凸显出产学研协同攻关的显著成效。

正如业界专家所言,核心器件的微缩化竞赛本质上是国家科技实力的比拼,此次纳米级铁电存储技术的突破,为我国在下一代集成电路产业竞争中占得先机奠定了坚实基础。

未来,如何加快从实验室到生产线的技术转化,将成为检验创新成果的关键标尺。