迄今尺寸最小功耗最低铁电晶体管问世
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2026-02-24 13:40:24
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来源:科技日报

“我们将铁电晶体管的物理栅长缩减到了1纳米极限。”23日,北京大学电子学院研究员邱晨光告诉科技日报记者,团队创造性地制备了迄今尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管,有望为AI芯片算力和能效提升提供核心器件支撑。相关研究成果在线发表于《科学·进展》上。

据介绍,当前AI算力普遍面临“内存墙”问题,即计算时数据的存储与运算分处于不同区域,“隔墙”调用严重制约了AI芯片性能提升。

与传统半导体逻辑晶体管不同,铁电晶体管(FeFET)同时兼具存储和计算能力。“它像人脑的神经元一样,将存储和计算功能合二为一,有望彻底打破传统计算架构中‘存储’与‘计算’分离导致的效率瓶颈。”邱晨光介绍,铁电晶体管“存算一体”的能力更符合AI芯片进化的方向,业内将其视为神经形态计算方面最具潜力的新型基础器件。

然而,传统铁电晶体管存在能耗过高、逻辑电压不匹配等短板,限制了其大规模应用。为此,北京大学邱晨光研究员—彭练矛院士团队,利用纳米栅极结构设计,巧妙解决了铁电材料“改变极化状态”需要高电压高能耗的问题。

“我们持续精进工艺,将铁电晶体管的物理栅长缩减至极限1纳米,这一精度达到原子尺度,促成铁电层内部形成高强度电场,仅需极少外部能量(0.6V电压)激发,即可轻松翻转铁电极化。”邱晨光表示,这一技术打破了传统铁电晶体管的物理限制,使得能耗比国际最好水平整整降低了一个数量级。

“纳米栅的设计就好像是对电场进行了‘杠杆放大’,能够以极低的电压代价,驱动铁电材料发生极化反转,从而在物理机制上实现了能耗的跨越式降低。”邱晨光进一步解释,有着超低工作电压与极低能耗特性的纳米栅铁电晶体管,不仅能为构建高能效数据中心提供核心器件方案,也为发展下一代高算力人工智能芯片奠定关键技术基础。

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