【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 鐵電隧穿結(jié)可通過(guò)鐵電極化翻轉(zhuǎn)調(diào)控隧穿電流，以緊湊的兩端結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信息的非易失寫入和非破壞性電阻讀出，是面向高密度非易失存儲(chǔ)與存內(nèi)計(jì)算的重要候選器件。然而，在此類器件中，高隧穿電阻比與高循環(huán)耐久性長(zhǎng)期以來(lái)難以兼得。3R-MoS2和1T′-ReS2等新型二維滑移鐵電體依靠層間相對(duì)滑移實(shí)現(xiàn)極化翻轉(zhuǎn)，可避免傳統(tǒng)離子位移型鐵電材料中的離子遷移和缺陷累積，具有超過(guò)1011次循環(huán)的抗疲勞能力。然而，其剩余極化強(qiáng)度比傳統(tǒng)氧化物鐵電體低2至3個(gè)數(shù)量級(jí)，難以在兩端器件中產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電學(xué)讀出。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體芯片物理與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳江濱研究員、譚平恒研究員團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)汪涵教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)二維范德華異質(zhì)結(jié)界面工程，構(gòu)建了Cr/h-BN/3R-MoS2/單層石墨烯滑移鐵電隧穿結(jié)，并進(jìn)一步將這一結(jié)構(gòu)拓展至1T′-ReS2體系。其中，h-BN提供均勻、低漏電的獨(dú)立隧穿勢(shì)壘，保障器件的穩(wěn)定開關(guān)；3R-MoS2(或1T′-ReS2)產(chǎn)生耐疲勞的滑移極化及相應(yīng)的內(nèi)建電勢(shì)差，進(jìn)而調(diào)控隧穿勢(shì)壘高度；單層石墨烯則作為低態(tài)密度、弱屏蔽電極，使極化能夠有效調(diào)控參與隧穿輸運(yùn)的載流子濃度。隧穿勢(shì)壘與載流子濃度的協(xié)同調(diào)控形成了類似“杠桿放大”的效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了“四兩撥千斤”，將二維滑移鐵電體較弱的剩余極化轉(zhuǎn)化為巨大的電阻讀出對(duì)比度。
 

　　在0.5 伏讀取電壓下，該器件獲得高達(dá)1.9×107的隧穿電阻比，較此前報(bào)道的滑移鐵電隧穿結(jié)提高4個(gè)數(shù)量級(jí)以上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)222 A/cm2開態(tài)電流密度和超過(guò)1011次的開關(guān)耐久性。器件在脈寬低至13 納秒時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)可靠切換，開關(guān)能耗為6.5 fJ/bit。團(tuán)隊(duì)還制備了8×8器件陣列，全部64個(gè)單元均表現(xiàn)出一致的雙穩(wěn)態(tài)非易失開關(guān)，展示了其面向高密度集成的潛力。
 

　　該工作在緊湊的兩端結(jié)構(gòu)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了巨大的非易失讀出窗口、超高耐久性、大驅(qū)動(dòng)電流、快速切換和低開關(guān)能耗，突破了鐵電隧穿結(jié)中讀出對(duì)比度與循環(huán)可靠性相互制約的瓶頸，為高密度、高可靠非易失存儲(chǔ)和交叉陣列存內(nèi)計(jì)算提供了新的器件設(shè)計(jì)路徑。
 

　　相關(guān)成果以“Giant tunneling electroresistance in sliding ferroelectrics”為題，發(fā)表于《科學(xué)》(Science)。半導(dǎo)體所博士生汪月為論文第一作者，香港大學(xué)汪涵教授、半導(dǎo)體所譚平恒研究員和吳江濱研究員為論文通訊作者。半導(dǎo)體所魏鐘鳴研究員和劉岳陽(yáng)研究員、浙江工業(yè)大學(xué)劉凡新教授指導(dǎo)了該項(xiàng)研究。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、香港研究資助局、北京市自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、張江實(shí)驗(yàn)室和蘇州實(shí)驗(yàn)室的支持。
 

　　引用：半導(dǎo)體所研制出具有高隧穿電阻比的滑移鐵電隧穿結(jié)-中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所【引用時(shí)間：2026年9月11日】