ACS Nano：用于超快存儲器的極化隧穿半導體研究背景
目前存儲器領域的主要瓶頸是資料處理速度、資料存儲容量、資料保留時間和制造技術。雖然浮栅存儲器(FGM)的操作速度相對較低，但由于其高資料存儲容量和低制造成本，它仍然廣泛應用于最先進的非易失性存儲器應用中。例如，最近報道的基于FGM的NAND具有75 μs的低程式設計時間，導緻高速片上存儲器領域沒有FGM。此外，随着器件規模的不斷擴大，超薄體矽基FGM由于不可避免的界面懸鍵而遭受資料存儲容量下降。具有原子層厚度的2D材料已經達到超薄材料的臨界極限。此外，2D材料沒有表面懸鍵。是以，基于2D材料的FGM可以克服資料存儲容量的挑戰。然而，2D材料基FGM也面臨着操作速度低的挑戰。理論上，理想的2D材料基FGM應該具有納秒數量級的操作時間。近年來，2D材料基半浮栅結構的寫入速度達到納秒數量級，但其保留時間僅在秒範圍内。具有小載流子隧穿勢壘和原子級銳利界面的2D材料基FGM的操作速度也在納秒量級。然而，這些超快FGM是使用多種2D材料在多步定點轉移方法中制造的，導緻制造複雜性和難度高。傳統的FGM結構不能滿足高操作速度、大資料存儲容量、長儲存時間和簡單制作工藝的要求。是以，創新的存儲器設計是非常需要的。
成果介紹
有鑒于此，近日，清華大學任天令教授和伍曉明研究員（共同通訊作者）等提出了一種基于半導體的非易失性類浮栅存儲器件，該器件利用鐵電材料PZT(Pb[Zr0.2Ti0.8]O3)的極化效應來調節隧穿電子，用于對MoS2溝道層進行充電和放電。該半導體被定義為極化隧穿半導體(PTT)，并且不需要隧穿層或浮栅層。PTT的程式設計/擦除速度為25/20 ns，響應時間為120/105 ns，與基于範德華異質結的超快閃存相當。此外，PTT的消光比高達104，保留時間長達10年，并且制作工藝簡單。本文的研究為下一代超快非易失性存儲器件的發展提供了未來的指導方針。文章以“Polarized Tunneling Transistor for Ultrafast Memory”為題發表在著名期刊ACS Nano上。
