中國「存算一體」晶片技術最新突破！中國科學院聯合港大研製出新型「鐵電隧穿結」

中國科學院半導體研究所吳江濱研究員、譚平恆研究員團隊與香港大學汪涵教授團隊合作，周二(15日)在《科學》雜誌發表題為《Giant tunneling electroresistance in sliding ferroelectrics》的論文，宣布成功研製出「鐵電隧穿結」，一種基於二維滑移電穿材料的新型鐵隧。

這項中港研究獲國家重點研發計畫、國家自然科學基金等支持，這項突破標誌著中國在鐵電儲存領域取得重要進展，為下一代晶片技術革新奠定基礎。

該零件在0.5伏特讀取電壓下實現1.9×10⁷(1900萬)的電阻開關比，可承受超1000億次開關，為開發更省電、更耐用的記憶體與「存算一體」晶片提供了新路徑。

鐵電隧穿結是一種微型「三明治」結構，上下為電極，中間夾極薄鐵電層。透過極化方向翻轉改變電子穿隧勢壘高低，形成高低電阻兩種狀態，代表二進位資料。

傳統技術長期面臨「大電阻差」與「高耐久性」難以兼得的瓶頸：傳統鐵電材料電阻變化明顯但易疲勞，而新型二維滑移鐵電材料雖依靠原子層錯動實現近零磨損、壽命超千億次，卻極化信號微弱，數據讀出困難。

此次研究團隊創新引入三種關鍵功能層：氮化硼作為均勻勢壘減少漏電，二維滑移鐵電材料充當可滑動的「閘門」調控勢壘高度，單層石墨烯則作為靈敏「感受器」放大電子穿隧差異。三者協同產生「四兩撥千斤」效果，將微弱極化變化轉換為巨大電阻差。

實驗顯示，此裝置電阻開關比較先前同類裝置提高超4個數量級，開態電流密度達222安培/平方公分，並能在13奈秒極短脈衝下可靠切換，同時兼顧高讀出訊號、高速度、低能耗與長壽命。

隨著大規模陣列與配套電路完善，這類裝置可望用於更高密度、更低功耗的儲存和存算一體晶片，讓手機、電腦在有限電量下承擔更複雜AI任務。