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二維高性能浮柵晶體管存儲器研究獲進展

文章來源：中國科學報更新時間：2023-09-19 15:12:45

據(jù)新華社電 記者9月18日從華中科技大學了解到，該校材料成形與模具技術(shù)全國重點實驗室教授翟天佑團隊在二維高性能浮柵晶體管存儲器方面取得重要進展。他們研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能相比，其擦寫速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能均有提升。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。

浮柵晶體管作為一種電荷存儲器，是當前大容量固態(tài)存儲器發(fā)展的核心元器件。然而，當前商業(yè)閃存內(nèi)硅基浮柵存儲器件所需的擦寫時間在10微秒至1毫秒范圍內(nèi)，遠低于計算單元CPU納秒級的數(shù)據(jù)處理速度，且其循環(huán)耐久性約為10萬次，難以滿足頻繁的數(shù)據(jù)交互。隨著計算機數(shù)據(jù)吞吐量的爆發(fā)式增長，發(fā)展一種可兼顧高速、高循環(huán)耐久性的存儲技術(shù)勢在必行。

二維材料具有原子級厚度和無懸掛鍵表面，在器件集成時可有效避免窄溝道效應(yīng)和界面態(tài)釘扎等問題，是實現(xiàn)高密度集成、高性能閃存器件的理想材料。然而，在此前的研究中，其數(shù)據(jù)擦寫速度多異常緩慢，鮮有器件可同時實現(xiàn)高速和高循環(huán)耐久性。

面對這一挑戰(zhàn)，翟天佑團隊研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，通過對傳統(tǒng)金屬-半導體接觸區(qū)域內(nèi)二硫化鉬進行相轉(zhuǎn)變，使其由半導體相向金屬相轉(zhuǎn)變，使器件內(nèi)金屬-半導體接觸類型由傳統(tǒng)的3D/2D面接觸過渡為具有原子級銳利界面的2D/2D型邊緣接觸，實現(xiàn)了擦寫速度在10納秒至100納秒、循環(huán)耐久性超過300萬次的高性能。

“通過對比傳統(tǒng)面接觸電極與新型邊緣接觸，該研究說明了優(yōu)化制備二維浮柵存儲器件內(nèi)金屬-半導體接觸界面對改善其擦寫速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能有重要作用。”翟天佑說。

該研究為發(fā)展高性能、高密度大容量存儲器件提供了新思路。（侯文坤）

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