北京大學(xué)電子學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)在鐵電晶體管領(lǐng)域取得重大突破，成功研制出全球尺寸最小、功耗最低的鐵電晶體管器件。該成果通過(guò)創(chuàng)新性的納米柵極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將鐵電晶體管的物理柵長(zhǎng)壓縮至1納米量級(jí)，相關(guān)研究論文已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》。

傳統(tǒng)鐵電晶體管因存在高能耗、邏輯電壓不匹配等技術(shù)瓶頸，長(zhǎng)期制約著其在集成電路領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)重構(gòu)器件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性地解決了鐵電材料極化狀態(tài)切換需要高驅(qū)動(dòng)電壓的核心難題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新型器件的工作電壓較現(xiàn)有技術(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，能耗指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

據(jù)研發(fā)人員介紹，這種納米柵鐵電晶體管具有兩大顯著優(yōu)勢(shì)：其一，超低工作電壓特性使其與現(xiàn)有CMOS工藝兼容性大幅提升；其二，極低能耗特征為構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心提供了關(guān)鍵器件支撐。特別在人工智能計(jì)算領(lǐng)域，該技術(shù)有望推動(dòng)高算力芯片的能效比實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

技術(shù)原理層面，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確控制柵極尺寸至原子級(jí)精度，構(gòu)建出具有特殊電場(chǎng)分布的納米結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在保持鐵電材料優(yōu)異性能的同時(shí)，將極化切換所需的能量降至理論極限值附近。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，器件在亞納秒級(jí)開(kāi)關(guān)速度下仍能維持穩(wěn)定的極化狀態(tài)。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，這項(xiàng)突破性成果不僅為后摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展開(kāi)辟了新路徑，更在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。特別是在需要海量數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)景中，低功耗鐵電晶體管將顯著提升計(jì)算系統(tǒng)的整體能效水平。