铁电存储器，新突破

近日，在2026年IEEE/JSAP超大规模集成电路技术研讨会上，世界领先的先进半导体技术研发创新中心imec展示了铁电存储器研究的两项最新进展，分别针对铁电电容器和铁电场效应晶体管，将其作为实现低电压运行和高密度集成的新兴候选方案。

随着人工智能工作负载对存储系统提出了前所未有的要求，即在可持续成本下提供更大的容量、更高的带宽和更好的能效，铁电存储器正日益受到关注。由于DRAM和SRAM等传统存储技术的扩展难度越来越大，铁电方案因其能够将低电压运行与更高密度的3D集成相结合，而成为极具前景的候选方案。在此背景下，imec 展示了两项互补的进展：可支持未来类似 DRAM 存储器的低压铁电电容器，以及指向下一代人工智能系统紧凑、高密度存储器架构的垂直堆叠 FeFET。  

研究表明，通过缩小铁电层厚度，铁电电容器能够在低电压（~1.3 V）下工作，同时保持高剩余极化强度（>40 μC/cm²）和耐久性（≥10¹³ 次循环），这对于类似 DRAM 的存储器应用至关重要。在另一项演示中，imec利用垂直堆叠的 IGZO 基铁电场效应晶体管 (FeFET) ，向高密度 3D 铁电存储器迈出了重要一步。该研究首次展示了五字线垂直堆叠的 FeFET 存储单元的功能，通过器件堆叠提高了存储密度。imec 还引入了带有背栅的双栅结构，从而提高了擦除效率，这是 FeFET 技术面临的一项关键挑战。这种架构创新凸显了基于氧化物半导体的 FeFET 在未来高密度存储器应用中的巨大潜力。

imec的多学科交叉方法将所提出的器件概念整合在一起，共享材料、集成策略以及实现可扩展3D铁电存储器的共同愿景。两种方法都依赖于类似的铁电材料堆叠结构，其中从电容器的界面工程和尺寸缩放中获得的经验可以直接应用于FeFET器件的优化。同时，针对FeFET堆叠结构展示的先进3D集成技术也为实现高密度3D铁电电容器阵列提供了途径。铁电电容器和FeFET这两种存储器构建模块各具优势，彼此的经验可以相互指导，进一步优化对方。

这些进展正值半导体行业发展的关键时刻。随着DRAM和SRAM等存储技术接近其扩展极限，以及人工智能驱动的工作负载对存储容量的需求呈指数级增长，对新型存储概念的需求日益迫切。铁电电容器的低电压运行能力为节能型存储概念提供了支持，而垂直堆叠的FeFET则为适用于嵌入式和下一代计算架构的紧凑型高密度存储开辟了道路。总而言之，这些创新为应对未来数据中心系统在性能和成本方面的挑战提供了互补的途径。

“这项工作展现了imec从材料科学到先进3D集成等多学科专业知识如何帮助我们应对存储技术领域一些最紧迫的挑战，” imec项目总监Attilio Belmonte表示。imec项目总监Maarten Rosmeulen补充道：“我们正在探索多种途径，以开发满足人工智能和数据密集型应用快速发展所需的存储解决方案。”

展望未来，imec将继续完善器件概念，同时解决FeFET的耐久性和擦除性能等剩余挑战，以及铁电电容器的电压缩放和可靠性优化等问题。未来的工作将侧重于这些技术的系统级评估、全集成3D存储架构的开发，以及关键性能指标的改进，以使这些概念更接近实际应用。尽管目前仍处于研究阶段，但这些成果标志着向下一代存储技术迈出了重要一步，有望重新定义人工智能时代数据的存储和访问方式。

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