全球首个超薄铋基铁电晶体管问世

彭海琳介绍，长久以来，铁电材料因其可逆极化与非易失存储特性，被视为打通存算一体、突破冯·诺 依曼架构（在冯·诺依曼架构下，计算和存储是相互分离的）瓶颈的关键。然而，当芯片工艺逼近亚5纳 米（小于5纳米）节点，传统铁电薄膜面临均匀性差、界面缺陷多、厚度减薄后铁电性骤降等难题。研 究团队创新性依托其自主研发的高迁移率铋基二维半导体Bi2O2Se（硒氧化铋），首次实现了原子级平 整的二维铁电自然氧化物Bi2SeO5（硒酸铋）及异质结构晶圆级均匀制备。这种新型铁电氧化物不仅具 有高达24的介电常数和超过600℃的高温结构稳定性，更在单晶胞厚度（约1纳米）下仍保持优异铁电 性，彻底摆脱了传统铁电材料的尺寸限制。 在此基础上，研究团队还制备出高性能铁电晶体管阵列，能效领先其他存储技术1至2个数量级，并展现 出32个稳定多级存储态与超10年数据保持能力。尤为亮眼的是，在0.8伏超低电压和20纳秒高速写入条 件下，器件经受住1.5万亿次循环考验，可靠性远超云端AI计算的严苛标准。更进一步，团队利用该器 件构建出可动态重构的存内逻辑电路——在低于1伏的常规CMOS电压下，同一器件既能执行逻辑运 算，又能切换为非易失存储，真正实 ...