北京大学电子学院邱晨光研究员、彭练矛院士团队成功研制出纳米栅超低功耗铁电晶体管，将铁电晶体管工作电压降低至0.6V，能耗降低至0.45fJ/μm，是目前国际上尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管。研究成果近日在线发表于《科学进展》。
当前，人工智能（AI）技术迅猛发展，对芯片提出了“超低功耗、高速存算、高集成度”的严苛需求。但现实中，AI芯片的性能提升始终受限于核心硬件瓶颈，尤其是数据存储与运算之间的协同效率不足，成为制约AI应用向高端化、轻量化发展的关键因素。
面对这一核心技术难题，研究团队在研发过程中实现了三大关键突破。一是提出纳米栅极电场增强机理，利用纳米栅的尖端电场汇聚效应，构建了高度局域化的高密度电场汇聚区域，有效放大了铁电层局部电场强度。二是将铁电极化翻转电压降低到超越常规平板铁电体的矫顽电压极限，成功将铁电晶体管存储电压降低至0.6V，能耗降低至0.45fJ/μm，领先国际已有报道一个数量级。三是探索了铁电晶体管的尺寸微缩极限，栅电极物理尺寸缩减到1纳米。
这项工作突破了超低功耗铁电存储器研制的关键科学瓶颈，将存储电压降低到和逻辑电压相当水平，数据可以零障碍、低功耗、超高速双向流动。相关存储器件有望大幅降低AI芯片整体功耗，并提升数据存算效率。
北京大学电子学院邱晨光研究员、彭练矛院士团队成功研制出纳米栅超低功耗铁电晶体管，将铁电晶体管工作电压降低至0.6V，能耗降低至0.45fJ/μm，是目前国际上尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管。研究成果近日在线发表于《科学进展》。
当前，人工智能（AI）技术迅猛发展，对芯片提出了“超低功耗、高速存算、高集成度”的严苛需求。但现实中，AI芯片的性能提升始终受限于核心硬件瓶颈，尤其是数据存储与运算之间的协同效率不足，成为制约AI应用向高端化、轻量化发展的关键因素。
面对这一核心技术难题，研究团队在研发过程中实现了三大关键突破。一是提出纳米栅极电场增强机理，利用纳米栅的尖端电场汇聚效应，构建了高度局域化的高密度电场汇聚区域，有效放大了铁电层局部电场强度。二是将铁电极化翻转电压降低到超越常规平板铁电体的矫顽电压极限，成功将铁电晶体管存储电压降低至0.6V，能耗降低至0.45fJ/μm，领先国际已有报道一个数量级。三是探索了铁电晶体管的尺寸微缩极限，栅电极物理尺寸缩减到1纳米。
这项工作突破了超低功耗铁电存储器研制的关键科学瓶颈，将存储电压降低到和逻辑电压相当水平，数据可以零障碍、低功耗、超高速双向流动。相关存储器件有望大幅降低AI芯片整体功耗，并提升数据存算效率。
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