浦项科技大学创新铁电存储器技术，实现10V存储窗口突破
浦项科技大学创新铁电存储器技术，实现10V存储窗口突破
浦项科技大学（POSTECH）材料科学工程系和半导体工程系教授李章植（Jang-Sik Lee）领导的研究团队在铁电存储器领域取得了重大突破。这一研究成果发表在国际知名期刊《科学进展》（Science Advances）上，为下一代存储技术的发展开辟了新的方向。
创新技术：新材料与新结构的双重突破
研究团队通过两项关键创新实现了铁电存储器性能的显著提升。首先，他们使用了掺杂铝的氧化铪（HfO2）作为铁电材料。氧化铪本身具有良好的铁电特性，而铝的掺杂进一步优化了材料性能，使其更适合用于存储器应用。
其次，研究团队设计了一种新颖的器件结构——金属-铁电-金属-铁电-半导体（MFMFS）结构。这种结构相比传统的金属-铁电-半导体（MFS）结构具有明显优势。通过调整铁电层的电容，研究团队能够精确控制每层电压，从而更有效地利用外加电压来开关铁电材料。
性能突破：存储窗口提升5倍以上
传统的基于氧化铪的铁电存储器通常具有约2伏（V）的存储窗口。而浦项科技大学研究团队的器件实现了超过10伏的存储窗口，这一突破使得四能级存储（QLC）技术成为可能。在每个晶体管中可以存储16级数据（4位），大大提高了数据存储密度。
更令人印象深刻的是，这种新型存储器在超过一百万次循环后仍能保持高稳定性，且工作电压仅为10伏或更低，明显低于NAND闪存所需的18伏。此外，该存储设备在数据保存方面表现出稳定的特征，无需复杂的增量步进脉冲编程（ISPP）过程，通过控制铁电极化开关即可实现快速编程。
行业背景：铁电存储器的机遇与挑战
近年来，随着电子技术和人工智能的快速发展，数据存储技术的重要性日益凸显。NAND闪存虽然目前是最主流的大规模数据存储技术，但其依赖电荷陷阱存储数据的方式导致了高工作电压和较慢的速度。
氧化铪基铁电存储器因其低电压、高速运行的特性而被视为下一代存储技术的有力竞争者。然而，多级数据存储的内存窗口有限一直是该技术面临的重要挑战。浦项科技大学的研究成果为解决这一问题提供了新的思路。
未来展望：从实验室到产业化
尽管浦项科技大学的研究成果展示了铁电存储器的巨大潜力，但要实现大规模商业化仍面临一些挑战。其中最显著的是成本问题。目前铪的价格已经增长了近五倍，这可能导致供应短缺。研究人员正在积极寻找降低成本的方法，以推动该技术的产业化进程。
浦项科技大学李章植教授表示：“我们为克服现有存储设备的局限性奠定了技术基础，并为以铪为基础的铁电存储器提供了新的研究方向。通过后续研究，将开发出低功耗、高速、高密度的存储设备，为解决数据中心和人工智能应用中的电源问题做出贡献。”
这一突破性研究得到了韩国科学信息通信技术部下一代智能半导体技术开发事业（韩国研究财团）和三星电子的支持，显示出产学研合作在推动前沿技术发展中的重要作用。