容量提升1000倍的存储器，研发成功了！

2020-07-03 14:00:32 来源: 半导体行业观察

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韩国研究团队发现了只需改变电压，就能在每个原子上储存信息的新概念存储器半导体原理。可以比现在增加1000倍以上的信息储存容量，而且可以原封不动地使用现有的半导体材料，被评价为商用化的可能性很高。

蔚山科学技术院能源及化学工学部李俊熙（音译）教授团队2日表示，开发出了可以将半导体材料使用的氧化铪半导体的储存容量增加1000倍的技术。这相当于将3万部高清晰度（HD）电影的500太字节储存到指甲大小材料的水平。

研究团队将目光聚焦在了可以代替现有DRAM或NAND闪存的新一代候选“铁电体存储器（FRAM）”。FRAM是利用加电后原子位置发生变化的“铁电体”现象记录信息并进行读取的原理。即使关掉电源，信息仍然保存完好，记录和清除信息的速度比闪存快1000倍。

但是FRAM的缺点是，为了储存信息，只要移动原子，原子之间的力量就会使数千个原子同时移动，因此很难缩小线幅。要想储存一个信息，需要20纳米以上，比拥有数纳米线幅的现有半导体大得多。因此，FRAM的商用化比Flash内存慢。

研究团队发现，如果对铁电体物质氧化铪施加3∼4V的电压，原子之间的力量就会断裂。将原子相互捆绑在一起的相互作用瞬间消失后，每个原子都可以自由移动。超级计算机分析结果显示，施加电压后，氧化铪中的4个氧原子会成对交换位置。4个氧气原子的长度只有0.5纳米。这意味着理论上可将线幅缩小至0.5纳米。

现有半导体的最小线幅减少到了5纳米。此次发现在理论上可以进一步减少到十分之一以下。李教授说：“像钢琴键盘一样，在不影响其他原子的情况下，可以对每个原子进行个别调节，也可以将它们组合起来储存大量的新信息”，“在相同的空间里储存了1000倍以上的信息。”

这是首次在常温下找到只施加电压就消除原子间相互作用的方法。这种现象在零下200度以下、阻力为零的超导体中经常被发现，但由于实验条件复杂，很难实际应用。李教授说：“在考虑如何在日常生活环境中消除原子的相互作用时，我想起了在所有领域都使用的电力”，“可以立即适用于所有使用电力的半导体。”

但是存在如果减少半导体线幅，电极等零件也要相应减少的问题。研究团队表示，利用原子半导体可以克服该问题。即使不减少电极，也可以采用稍微调节电压的方法，使放在电极上的各种原子逐个移动。李教授说：“这意味着，即使电极不细微，也可以个别读取原子。”

李教授表示：“在超集成半导体领域，为确保世界性竞争力打下了基础”，“在原子中储存信息的技术，在不分裂原子的情况下成为半导体产业最后的储存技术的几率很高。”这一研究成果刊登在3日的国际学术杂志《科学》上。

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