低功耗闪存用的新型晶体管

NAND闪存是现代存储技术中不可或缺的一部分。随着数据中心计算和人工智能的发展，对低功耗运行的需求日益增长。NAND闪存具有独特的“串”型架构——多个存储单元串联在一起，这种结构需要通过高电压进行导通操作，由此产生了大量不必要的功耗。不过，降低导通电压又面临一个难题：这会导致存储窗口（即存储单元可区分的电压范围）缩小，从而限制其多级存储能力（一个存储单元存储多个数据位的能力）。

在本研究中，科研人员通过采用锆掺杂氧化铪构成的栅堆叠和氧化物半导体通道，研发出了一种超低功耗的铁电场效应晶体管（FeFET），成功解决了上述困境。这种FeFET能够实现每单元高达5位的多级存储能力，与当前的NAND技术水平相当，甚至有所超越。同时，它的导通电压接近零，在串级操作中比传统NAND节省了高达96%的功耗。

此外，研究人员将FeFET堆叠三维集成为具有25纳米短通道的垂直结构，这种结构不仅保留了稳定的电学性能，还在缩小尺寸的情况下实现了低导通电压的串操作。这项研究为开发具有更高容量、更高功率效率和更高可靠性的下一代存储内存铺平了道路。