迄今为止发布的最小、功耗最低的铁电晶体管

“我们已经将铁电晶体管的物理栅极长度缩短到了1纳米的极限。”北京大学电子学院研究员邱晨光23日对科技日报记者表示，研究团队创造性地制备出了迄今为止体积最小、功耗最低的铁电晶体管，有望为提升AI芯片的算力和能效提供核心器件支撑。相关研究成果在线发表于《科学进展》杂志上。报告称，当前人工智能算力普遍面临“内存墙”问题，计算过程中的数据存储和操作分散在不同的区域。所谓的“舱壁”极大地限制了AI芯片性能的提升。与半导体逻辑晶体管传统驱动器不同，铁电晶体管 (FeFET) 具有存储和计算能力。 “就像人脑中的神经元一样，存储和计算“多种能力合二为一，有望彻底打破传统计算架构中‘存储’与‘计算’分离带来的效率瓶颈。”邱晨光表示，铁电晶体管“存储与计算一体化”的能力更符合AI芯片的演进方向，业界将其视为神经拟态计算最有潜力的根本性新器件。但传统铁电晶体管存在功耗过高、逻辑电压过高等弊端。为此，北京大学研究员邱晨光和彭联茂院士领导的团队利用纳米门的结构设计，巧妙地解决了铁电材料“改变极化状态”所需的高电压和高功耗的问题。铁电晶体管的长度达到1纳米的极限。这种精度达到原子尺度，有利于铁电层内形成强电场。只需少量的外部能量（0.6V电压）即可激活铁电极化。”他表示，与国际最高标准相比，可以将功耗降低一个数量级。“纳米门设计就像电场的‘杠杆放大’，可以以极低的电压成本驱动铁电材料中的极化反转，实现了“从物理机制角度来看功耗的大幅降低”。邱晨光进一步解释道，纳米栅铁电晶体管以其超低工作电压和极低功耗的特点，不仅可以为建设节能数据中心提供核心器件解决方案，也为数据中心的发展奠定重要的技术基础。开发下一代高计算人工智能芯片。
（编辑：张冲）