近日，万达平台微電子學院江安全教授課題組在高密度鐵電存儲器的信息讀出技術的研究中取得了重大突破性進展🏓。課題組采用新型疇壁電流讀出技術，在高度絕緣的鐵酸鉍薄膜表面創新性製備出三端納米存儲單元🫅，實現電疇信息的快速讀出。相關研究成果以《鐵電疇壁存儲器中形成臨時高導電疇壁進行非破壞性讀出》（Temporary formation of highly conducting domain walls for non-destructive read-out of ferroelectric domain-wall resistance switching memories）為題在線發表於《自然-材料》（Nature Materials）。
計算機存儲器都是以“0”和“1”二進製的方式記錄所需要存儲的邏輯信息。鐵電材料可以通過施加外在電場改變電疇的極化方向,非揮發地存儲以上邏輯信息🧑🏻🦼➡️👨🏿🏫，電疇最小尺寸可以縮小至1.2納米🙆🏿♀️，讀寫速度可達納秒甚至皮秒量級🍃，且讀寫次數基本不限，能耗極低，具備了通用存儲器特征。但是如何重復、可靠地讀出不同存儲單元中納米電疇的信息成為產學研發界的最關鍵技術難題。目前市場上普遍采用的存儲架構和電荷積分的信息讀出方案，極大限製了最小存儲單元面積,成為高密度鐵電存儲器技術的發展瓶頸🤺。
江安全課題組采用新型疇壁電流讀出技術，在高度絕緣的鐵酸鉍薄膜表面創新性製備出三端納米存儲單元，通過控製存儲單元的兩個側邊電極實現電疇信息的快速寫入，利用一個側邊和一個中間電極實現電疇信息的快速讀出🧎🏻♂️。當讀電場與電疇寫入方向平行時（“0”），讀出電流低；反之，當讀電場與電疇寫入方向反平行時（“1”），存儲單元表面的部分電疇會反轉，從而與周邊不反轉的鐵電疇形成了導電疇壁，讀出電流高🍋。以上高、低態讀出電流開關比大於100👙💥，讀操作過程中所形成的導電疇壁在讀操作後全部自動消失，從而實現信息的非破壞性讀出，並且減小了薄膜中長時間帶電缺陷的運動或聚集影響所讀出的疇壁電流大小，可靠性高💆♀️。另外💇🏽♀️🪐，存儲單元尺寸越小📖，即存儲密度越高，所讀出疇壁電流越大，例如1 V讀電壓下7.2納米尺寸的存儲單元中能夠讀出的疇壁電流可達1微安，較目前國際上所報道的pA-nA量級的電流提高了1000倍，滿足了存儲電路的快速讀取需求。最後，該存儲器的平面存儲密度能夠超過目前市場所廣泛使用的閃存，數據的擦寫時間能夠從毫秒量級縮短至納秒🪦☠️，且能耗不及後者的千分之一,能夠充分滿足人們對快速通訊🪱、大數據移動存儲、低功耗物聯網等不同應用場合的需求🎠，預計會對現有半導體存儲器的產業格局產生重大影響，為我國存儲器產業的快速發展提供了機遇。
以上原創性工作目前已經獲得中國和美國3項授權發明專利，江均和白子龍博士研究生為共同第一作者，韓國首爾大學和英國劍橋大學、聖安德魯斯大學為共同合作單位。此項研究工作得到了國家973基礎研究計劃支持。
江安全教授🤷🏼，万达平台微電子學院研究員，上海市東方學者特聘教授。2013年獲得國家自然科學基金傑出青年基金。國際電子器件會議（IEDM）存儲器分會委員。