突破：芯片存储容量提高1000倍

由 UNIST 能源与化学工程学院的李俊熙教授领导的研究小组提出了一种新的物理现象，该现象有望将指甲大小的存储芯片的存储容量提高1,000 倍。

研究小组认为，这将为直接集成到硅技术中的最终致密的逐单元铁电开关设备提供意想不到的机会。铁电随机存取存储器（FeRAM 或 FRAM）通过极化现象来存储信息，其中电偶极子（如铁电内部的 NS 磁场）被外部电场对准。

FeRAM 已成为替代现有 DRAM 或闪存的下一代存储半导体，因为它速度更快，功耗更低，甚至在电源关闭后仍能保留存储的数据。但是，FeRAM 的主要缺点之一是存储容量有限。

因此，为了增加其存储容量，有必要通过减小芯片尺寸来集成尽可能多的设备。对于铁电体，物理尺寸的减小导致极化现象的消失，该极化现象有助于将信息存储在铁电材料中。

这是因为铁电畴的形成（发生自发极化的微小区域）至少需要成千上万个原子。因此，当前对 FRAM 技术的研究集中在减小域大小的同时保持存储容量。

图1：比较当前（左）和新（右）FeRAM 的示意图 Lee 教授及其研究小组发现，通过向称为铁电氧化 Ha（HfO2）的半导体材料中添加一滴电荷，可以控制四个单独的原子来存储 1 位数据。

这项开创性的研究颠覆了现有的范例，该范例最多只能在数千个原子的组中存储 1 位数据。正确使用后，半导体存储器可以存储 500 Tbit / cm2，是当前可用闪存芯片的1,000 倍。

该研究小组希望，他们的发现将为开发半纳米制造工艺技术铺平道路，这对于半导体行业来说是一项开创性的成就，因为半导体行业已经面临着当前 10 纳米技术的极限。

Lee 教授说：“能够在单个原子中存储数据的新技术是地球上最高级的存储技术，它不会分裂原子。预计该技术将有助于加速进一步缩小半导体尺寸的努力。”

Lee 教授说：“ HfO2 在当今的存储晶体管中很常用，通过应用这种技术，有望将数据存储容量扩大 1000 倍。”这项革命性发现已于 2020 年 7 月 2 日发表在《科学》杂志上。

能够在单个原子中存储数据的“科学”杂志已经发表了该论文，因此有望刺激半导体行业的飞跃性创新。最新发现还可能为开发半纳米制造工艺技术铺平道路，这对于半导体行业来说是一项开创性的成就，因为半导体行业目前正面临着 10 纳米制程工艺技术的极限。