三星SAMSUNG突破新一代存储技术

浦项科技大学材料科学与工程系和半导体工程系的李章植教授领导的研究小组显著提高了铁电存储器件的数据存储容量。他们的研究成果利用氧化铪基铁电材料和创新的器件结构，于 6 月 7 日发表在国际期刊《科学进展》上， 标志着存储技术取得了重大进展。

随着电子和人工智能 (AI) 的进步，数据生成和处理呈指数级增长，数据存储技术的重要性也随之飙升。NAND 闪存是最流行的海量数据存储技术之一，它可以通过以三维结构而非平面结构堆叠单元，在相同面积内存储更多数据。然而，这种方法依靠电荷陷阱来存储数据，这会导致更高的工作电压和更慢的速度。

最近，基于二氧化铪的铁电存储器已成为一种有前途的下一代存储器技术。二氧化铪 (氧化铪) 使铁电存储器能够在低电压和高速度下运行。然而，一个重大挑战是多级数据存储的内存窗口有限。

浦项科技大学的李章植教授团队通过引入新材料和新颖的器件结构解决了这个问题。他们通过向铁电材料中掺杂铝来增强基于二氧化铪的存储器件的性能，从而制造出高性能铁电薄膜。此外，他们用创新的金属-铁电-金属-铁电-半导体 (MFMFS) 结构取代了传统的金属-铁电-半导体 (MFS) 结构，在这种结构中，构成器件的金属和铁电材料排列简单。

该团队通过调整铁电层的电容成功控制了每层电压，这涉及微调因素，例如金属对金属和金属对通道铁电层的厚度和面积比。这种有效利用施加电压切换铁电材料的方法提高了设备的性能并降低了能耗。

传统的氧化铪基铁电器件通常具有约 2 伏 (V) 的存储窗口。相比之下，该研究团队的器件实现了超过 10 V 的存储窗口，从而实现了四级单元 (QLC) 技术，该技术每单位晶体管可存储 16 级数据 (4 位)。它在超过一百万次循环后也表现出很高的稳定性，并且在 10 V 或更低的电压下运行，明显低于 NAND 闪存所需的 18 V。此外，该团队的存储设备在数据保留方面表现出稳定的特性。

NAND 闪存采用增量步进脉冲编程 (ISPP) 来编程其内存状态，这会导致编程时间长且电路复杂。相比之下，该团队的设备通过控制铁电极化切换，通过一次性编程实现快速编程。

浦项科技大学的李章植教授表示：“我们为克服现有存储器件的局限性奠定了技术基础，并为二氧化铪基铁电存储器提供了新的研究方向。”他补充道：“通过后续研究，我们旨在开发低功耗、高速、高密度的存储器件，为解决数据中心和人工智能应用的电源问题做出贡献。”

该项研究得到了韩国科学技术信息通信部（国家研究基金会）下一代智能半导体技术开发项目和三星电子的支持。