突破：芯片存儲容量提高1000倍

由UNIST能源與化學工程學院的李俊熙教授領導的研究小組提出了一種新的物理現象，該現象有望將指甲大小的存儲芯片的存儲容量提高1,000倍。

研究小組認為，這將為直接集成到硅技術中的最終緻密的逐單元鐵電開關設備提供意想不到的機會。鐵電隨機存取存儲器（FeRAM或FRAM）通過極化現象來存儲信息，其中電偶極子（如鐵電內部的NS磁場）被外部電場對準。

FeRAM已成為替代現有DRAM或閃存的下一代存儲半導體，因為它速度更快，功耗更低，甚至在電源關閉後仍能保留存儲的數據。但是，FeRAM的主要缺點之一是存儲容量有限。

因此，為了增加其存儲容量，有必要通過減小芯片尺寸來集成儘可能多的設備。對於鐵電體，物理尺寸的減小導致極化現象的消失，該極化現象有助於將信息存儲在鐵電材料中。

這是因為鐵電疇的形成（發生自發極化的微小區域）至少需要成千上萬個原子。因此，當前對FRAM技術的研究集中在減小域大小的同時保持存儲容量。

圖1：比較當前（左）和新（右）FeRAM的示意圖Lee教授及其研究小組發現，通過向稱為鐵電氧化Ha（HfO2）的半導體材料中添加一滴電荷，可以控制四個單獨的原子來存儲1位數據。

這項開創性的研究顛覆了現有的範例，該範例最多只能在數千個原子的組中存儲1位數據。正確使用後，半導體存儲器可以存儲500 Tbit / cm2，是當前可用閃存芯片的1,000倍。

該研究小組希望，他們的發現將為開發半納米製造工藝技術鋪平道路，這對於半導體行業來說是一項開創性的成就，因為半導體行業已經面臨著當前10納米技術的極限。

Lee教授說：「能夠在單個原子中存儲數據的新技術是地球上最高級的存儲技術，它不會分裂原子。預計該技術將有助於加速進一步縮小半導體尺寸的努力。」

Lee教授說：「 HfO2在當今的存儲晶體管中很常用，通過應用這種技術，有望將數據存儲容量擴大1000倍。」這項革命性發現已於2020年7月2日發表在《科學》雜誌上。

能夠在單個原子中存儲數據的「科學」雜誌已經發表了該論文，因此有望刺激半導體行業的飛躍性創新。最新發現還可能為開發半納米製造工藝技術鋪平道路，這對於半導體行業來說是一項開創性的成就，因為半導體行業目前正面臨著10納米製程工藝技術的極限。