上海复旦大学成果（复旦大学在存储技术取得新的成果突破）

在《科研第一线》第一期上，专栏介绍了江复旦大学微电子学院安全研究小组。本课题组联合多所高校和企业研发的新型铁电畴壁存储器，存储性能稳定，可靠性高，产业化前景好。请和边肖一起找出答案！

研究背景

任何关注集成电路产业发展的人都一定知道大名鼎鼎的摩尔的法律。集成电路的先进制造技术已经根据摩尔定律半个多世纪以来，芯片线宽不断缩小、集成度不断提高以提升性能，已经成为IC工艺进步的趋势。然而，随着器件特征尺寸的缩小，短沟道效应和量子尺寸效应等问题越来越难以克服，极大地影响了芯片的性能，量产难度和成本居高不下。目前，主要的存储器制造商三星和海力士已经在其新的存储器芯片上采用了用于先进处理器芯片制造技术的EUV技术。根据国际半导体技术蓝图的预测，现有的存储器技术可以满足不了5nm以下工艺节点工艺对芯片高性能、低功耗的要求，迫切需要开发一种新型的高密度低功耗存储器。

最近，复旦微电子所在存储器技术上取得突破，具有产业化前景。姜安全研究组成员柴小杰博士、姜军与韩国首尔大学、英国圣安德鲁斯大学、中北大学、中科院物理所、浙江大学、华东师范大学、济南公司联合开发了新型铁电畴壁存储器。样品制备见下图。

准备样品

承担此项工作的博士生柴晓杰和项目研究员蒋军是第一作者。研究成果发表在《与硅底集成和自带选择管功能的 LiNbO3 铁电单晶畴壁存储器》(用集成在硅片上的铌酸锂单晶实现的具有嵌入式选择器的铁电畴壁存储器).00(自然材料)，发表于《自然-材料》(自然通讯)，标题为《非易失性全铁电场效应管》(非挥发性铁电场效应转换器).

基本特征

首先，让让我们看看研究小组使用的材料铌酸锂晶体。它是一种人造晶体，具有电光、声光、压电、光弹性、非线性和光折变效应。原料丰富，价格低廉，易于生长成大晶体。国内外生产厂家很多，常用于声表面波、电光调制、激光调制、光学陀螺、光学参量振荡/放大、光学全息存储等。

研究团队通过低温下将铌酸锂单晶薄膜材料与硅基电路键合，实现了无缺陷、无晶界、无空洞等存储介质的优良特性，突破了新型多晶薄膜存储器的单元一致性和高可靠性集成技术瓶颈。在存储单元的制备方面，研究团队利用纳米加工技术在薄膜表面制备了15-400nm不同尺寸的铁电存储单元，通过施加面内电场，产生平行和反平行的铁电畴结构，畴间形成可擦除的高导畴壁，可以存储逻辑0 & gt；和1 不挥发。1V下的读出电流高达1.7 mA，具有单向导通特性，开关比大于10。同时证明了存储单元表层具有自然选择管的功能，可应用于大规模交叉条集成阵列，突破了传统铁电存储器高密度发展的技术瓶颈。

存储性能

在上面提到的优良材料性能和电学性能的加持下，其存储器的读写速度可以达到纳秒甚至皮秒，读写次数基本不受限制，保持时间在10年以上，存储器可以实现三维堆叠。

三

图为源极(D)、漏极(S)和栅极(G)电压控制下铁电畴反转形成的畴壁的相场模拟结果(左)和源极电压(Vd)作用下栅极脉冲电压(Vg)触发的非易失性开关电流(Ig)(右)

部分测试结果

图为铌酸锂(LNO)存储单元与左右电极(LR)接触的扫描电镜图像(左)和不同尺寸存储单元的电流-电压曲线(右)。

原子力轮廓图像的压电成像和存储单元的面内电畴

产业化前景

从前面对特性和性能的描述可以看出，该存储器的平面存储密度可以超过目前市场上广泛使用的闪存，数据擦除时间可以从毫秒级缩短到纳秒级，能耗不到后者的千分之一，完全可以满足人们快速通信、大数据移动存储、低功耗物联网等不同应用的需求。

目前6英寸大面积掺杂铌酸锂单晶薄膜表面具有原子层平坦度，可以实现与硅基电路的低温键合(LOI)，存储性能稳定，可靠性高。8-12英寸铌酸锂单晶薄膜材料仍在研发过程中，预计很快将投放市场，将对现有存储器产业产生重大影响，为我国存储器技术的快速发展提供机遇。

原标题：科研前沿|复旦大学微电子学院高密度铁电存储器产业化研究取得突破性进展。

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