計算能力每年都能呈現爆發式增長，很大程度上歸功于芯片制造商在相同空間的硅芯片上裝入越來越多的元件。然而這項科學進展現在正接近物理定律的極限，因此人們正在探索新的材料，替代長期處于計算機行業核心的硅半導體。

芯研所7月4日消息，一個長期以來被寄予厚望的進展是鐵電場效應晶體管（FE-FET）。這類設備可以快速切換狀態，足以進行計算，但也能夠在不通電的情況下保持這些狀態，使它們能夠作為長期存儲器存儲。作為 RAM 和 ROM 的雙重職責，FE-FET 器件將使芯片的空間效率更高，功能更強。

而制造實用 FE-FET 器件存在諸多障礙，首先由于鐵電材料的高溫要求，這種最能顯示必要的鐵電效應的材料與大規模生產硅元件的技術不兼容。現在，賓夕法尼亞大學工程與應用科學學院的一個研究小組已經展示了一個解決這個問題的潛在方法。

在最近的一對研究中，他們證明了鈧摻雜的氮化鋁（AlScN），一種最近被發現表現出鐵電性的材料，可以被用來制造 FE-FET 以及具有商業可行性的二極管-記憶體類型的存儲器件。

這些研究由電氣和系統工程（ESE）專業的助理教授 Deep Jariwala 和他實驗室的研究生劉曦文（Xiwen Liu，音譯）領導。他們與賓夕法尼亞州工程學院的同事 Troy Olsson（也是 ESE 的助理教授）和 Eric Stach（材料科學與工程系教授兼物質結構研究實驗室主任）進行了合作。他們在《Nano Letters》和《Applied Physics Letters》上發表了這些結果。

Jariwala 表示：“芯片設計者正在考慮繞過使用硅處理大量數據，其中一個主要方法是找到能夠讓內存組件直接建立在處理器之上而在這個過程中不損害處理器的材料，基本上是制造二合一的設備。由于 AlScN 可以在相對較低的溫度下沉積，我們知道它代表了一種直接將存儲器與邏輯晶體管結合起來的可能性。我們只是需要一種方法將它與芯片結構的其他部分整合起來”。

Jariwala和他的同事在一種被稱為二硫化鉬（MoS2）的有前途的二維材料中找到了解決方案。使用單層 MoS2 作為基于 AlScN 的 FE-FET 器件的通道，該團隊能夠測試其開關速度和存儲穩定性。這些結果發表在他們的《納米通訊》論文中。

Jariwala 表示：“自 60 年代以來，工程師們一直在追求 FE-FET 存儲器的概念，因為這些設備可以在極低的功率下運行。真正的問題是使它們的制造與處理器兼容，并使它們的壽命更長。這就是我們的二維材料的作用；它們非常薄，一旦在其中寫入一個記憶位，它們可以以電荷的形式將該信息保存多年”。

Jariwala 和他的同事的下一步是縮小他們的存儲設備的尺寸。在他們的《Applied Physics Letters》論文中，他們展示了生產薄至 20 納米的 AlScN 的能力，減少了設備的整體尺寸以及它所需的電壓。用戶注冊。