科學家開發出三維垂直場效應晶體管

科技日報北京6月14日電 （記者張夢然）通過鐵電柵極絕緣體和原子層沉積氧化物半導體通道，日本科學家制造了三維垂直場效應晶體管，可用來生產高密度數據存儲器件。此外，通過使用反鐵電體代替鐵電體，他們發現擦除數據只需要很小的淨電荷，從而提高了寫入的效率。發表在2022年IEEE硅納米電子研討會上的該項成果，將催生新的更小、更環保的數據存儲器。

在存儲器的尺寸、容量和可負擔性方面，消費類閃存驅動器已取得了巨大的進步，但新的機器學習和大數據應用程序正繼續推動對創新的需求。此外，支持雲的移動設備和未來的物聯網節點也需要節能且體積更小的內存。而當前的閃存技術卻需要相對較大的電流來讀取或寫入數據。

鑑於此，東京大學工業科學研究所科學家開發了一種基於鐵電和反鐵電場效應晶體管（FET） 的概念驗證3D堆疊存儲單元，該晶體管具有原子層沉積的氧化物半導體通道。FET可以非易失性方式存儲1和0，這意味着它不需要一直供電；垂直設備結構則增加了信息密度並降低了操作能源需求。

氧化鉿和氧化銦層沉積在垂直溝槽結構中，鐵電材料具有在同一方向排列時最穩定的電偶極子，鐵電氧化鉿自發地使偶極子垂直排列。信息通過鐵電層中的極化程度存儲，由於電阻的變化，系統可以讀取。另一方面，反鐵電體通常在擦除狀態下上下交替偶極子，這使得氧化物半導體溝道內的擦除操作變得有效。

研究證實，該器件在至少1000個週期內都可保持穩定，研究人員還使用第一原理計算機模擬繪製了最穩定的表面狀態。

研究人員稱，新方法或將極大地改善非易失性存儲器，同時有助於實現下一代消費電子產品。