微電子所在2T0C DRAM研究取得創新進展
動态随機存儲器（DRAM）是存儲器領域中的一個重要分支。基于铟镓鋅氧（IGZO）半導體的2T0C無電容DRAM，有望突破傳統1T1C-DRAM的微縮限制、高重新整理率等問題。但相比傳統的1T1C結構，2T0C-DRAM仍存在諸多挑戰：由于其讀字線與寫字線位于讀半導體的源漏端，存在潛在的電流分享路徑，不利于讀寫操作；兩條獨立的讀/寫位線使得電路布局布線更複雜，需要更複雜的外圍電路控制讀寫；在陣列級的DRAM上，讀字線存在嚴重的IR Drop問題，限制了陣列規模。
針對2T0C-DRAM的上述缺陷，微電子所微電子重點實驗室劉明院士團隊與超弦存儲研究院趙超研究員團隊聯合研發出基于高性能雙栅IGZO半導體的新型雙栅結構2T0C-DRAM。器件層面上，通過微縮栅媒體等效氧化層厚度和半導體厚度來提高器件的栅控能力，并進一步優化金屬半導體接觸，降低了器件的接觸電阻，實作了性能優異的雙栅a-IGZO短溝道半導體，其中溝道長度LCH=13.9 nm，亞門檻值擺幅SS=76.8 mV/dec, ION=1500 μA/μm @（VDS=1V，VGS-VTH=3V）。電路層面上，提出了雙栅2T0C-DRAM新結構，利用雙栅的兩個栅端分别完成資料存儲和讀寫操作控制，基于栅端控制讀寫的優勢，這種雙栅2T0C-DRAM的讀寫更具靈活性、讀字線可免于IR Drop問題、讀寫可共享一條位線。實驗制備的雙栅2T0C-DRAM能夠實作大于300 秒的保持時間、大于100的讀“1”與讀“0”電流開關比。
基于該成果的文章“First Demonstration of Dual-Gate IGZO 2T0C DRAM with Novel Read Operation, One Bit Line in Single Cell, ION=1500 μA/μm@VDS=1V and Retention Time>300s”入選2022 IEDM，并獲選Top Ranked Students文章。
圖1:單栅與雙栅2T0C-DRAM結構及優勢對比
圖2:短溝道雙栅半導體光學顯微圖、SEM圖以及轉移輸出曲線
圖3:雙栅2T0C-DRAM示意圖以及保持時間測試
