科研團隊實現埃米級原子滑移撬動千萬倍電阻變化

　　只需埃米級，也就是0.1納米尺度的原子層微小滑移，就能撬動千萬倍電阻變化。中國科學院半導體研究所科研團隊通過二維范德華異質結界面工程，攻克滑移鐵電隧穿結高開關比與高耐久性難以兼顧的行業難題。

　　鐵電隧穿結被視作下一代高密度存儲、存算一體芯片的重要候選器件。器件的隧穿電阻開關比，直接決定存儲芯片的讀取信號質量、功耗表現。近年來出現的二維滑移鐵電材料，依靠原子層之間的相對滑動實現鐵電效應，抗反復讀寫能力遠超傳統氧化物鐵電材料。但短板同樣突出：這類材料自身極化強度偏弱，很難在器件中產生足夠大的電阻信號，讀出效果不理想。如何同時達到高開關比、超長循環壽命，這長期制約著這項技術走向實用。

　　為破解這一矛盾，科研人員搭建起Cr/h?BN/3R?MoS2/單層石墨烯滑移鐵電隧穿結，還把這套方案拓展到1T′?ReS2材料體系。六方氮化硼h?BN充當一層致密“薄墻”，抑制漏電，讓電流實現可控隧穿；3R?MoS2二維材料依靠層間埃米級滑移翻轉電極化方向，調控電子穿越勢壘的難易程度；單層石墨烯則對極化信號高度敏感，調節隧穿電子數量。三者配合形成“杠桿放大”效果，把材料微弱的極化信號放大，實現“四兩撥千斤”，轉化為巨大電阻差異。

　　這項研究在簡單的兩端器件結構中，同時實現超大讀出窗口、超長壽命、快速切換與低能耗，打破了鐵電隧穿結“讀出對比度”和“循環可靠性”互相牽制的技術瓶頸。

　　科研人員介紹，未來如果完善大規模器件陣列和配套電路，這類器件有望實現更快速度、更低功耗的數據存儲與運算，可應用于手機、電腦等終端硬件，為緩解算力提升與功耗受限的矛盾，推動存算一體新型計算架構落地提供新的技術方案。

　　相關成果9月11日發表于國際學術期刊《科學》。