浦項科技大學材料科學與工程系和半導體工程系的李章植教授領導的研究小組顯著提高了鐵電存儲器件的數據存儲容量?他們的研究成果利用氧化鉿基鐵電材料和創(chuàng)新的器件結構,于 6 月 7 日發(fā)表在國際期刊《科學進展》上, 標志著存儲技術取得了重大進展?

隨著電子和人工智能 (AI) 的進步,數據生成和處理呈指數級增長,數據存儲技術的重要性也隨之飆升?NAND 閃存是最流行的海量數據存儲技術之一,它可以通過以三維結構而非平面結構堆疊單元,在相同面積內存儲更多數據?然而,這種方法依靠電荷陷阱來存儲數據,這會導致更高的工作電壓和更慢的速度?

最近,基于二氧化鉿的鐵電存儲器已成為一種有前途的下一代存儲器技術?二氧化鉿 (氧化鉿) 使鐵電存儲器能夠在低電壓和高速度下運行?然而,一個重大挑戰(zhàn)是多級數據存儲的內存窗口有限?

浦項科技大學的李章植教授團隊通過引入新材料和新穎的器件結構解決了這個問題?他們通過向鐵電材料中摻雜鋁來增強基于二氧化鉿的存儲器件的性能,從而制造出高性能鐵電薄膜?此外,他們用創(chuàng)新的金屬-鐵電-金屬-鐵電-半導體 (MFMFS) 結構取代了傳統(tǒng)的金屬-鐵電-半導體 (MFS) 結構,在這種結構中,構成器件的金屬和鐵電材料排列簡單?

該團隊通過調整鐵電層的電容成功控制了每層電壓,這涉及微調因素,例如金屬對金屬和金屬對通道鐵電層的厚度和面積比?這種有效利用施加電壓切換鐵電材料的方法提高了設備的性能并降低了能耗?

傳統(tǒng)的氧化鉿基鐵電器件通常具有約 2 伏 (V) 的存儲窗口?相比之下,該研究團隊的器件實現了超過 10 V 的存儲窗口,從而實現了四級單元 (QLC) 技術,該技術每單位晶體管可存儲 16 級數據 (4 位)?它在超過一百萬次循環(huán)后也表現出很高的穩(wěn)定性,并且在 10 V 或更低的電壓下運行,明顯低于 NAND 閃存所需的 18 V?此外,該團隊的存儲設備在數據保留方面表現出穩(wěn)定的特性?

NAND 閃存采用增量步進脈沖編程 (ISPP) 來編程其內存狀態(tài),這會導致編程時間長且電路復雜?相比之下,該團隊的設備通過控制鐵電極化切換,通過一次性編程實現快速編程?

浦項科技大學的李章植教授表示:“我們?yōu)榭朔F有存儲器件的局限性奠定了技術基礎,并為二氧化鉿基鐵電存儲器提供了新的研究方向?”他補充道:“通過后續(xù)研究,我們旨在開發(fā)低功耗?高速?高密度的存儲器件,為解決數據中心和人工智能應用的電源問題做出貢獻?”

該項研究得到了韓國科學技術信息通信部(國家研究基金會)下一代智能半導體技術開發(fā)項目和三星電子的支持?