ACS Nano：用于超快存储器的极化隧穿晶体管研究背景
当前存储器领域的主要瓶颈是数据处理速度、数据存储容量、数据保留时间和制造工艺。虽然浮栅存储器(FGM)的操作速度相对较低，但由于其高数据存储容量和低制造成本，它仍然广泛应用于最先进的非易失性存储器应用中。例如，最近报道的基于FGM的NAND具有75 μs的低编程时间，导致高速片上存储器领域没有FGM。此外，随着器件规模的不断扩大，超薄体硅基FGM由于不可避免的界面悬键而遭受数据存储容量下降。具有原子层厚度的2D材料已经达到超薄材料的临界极限。此外，2D材料没有表面悬键。因此，基于2D材料的FGM可以克服数据存储容量的挑战。然而，2D材料基FGM也面临着操作速度低的挑战。理论上，理想的2D材料基FGM应该具有纳秒数量级的操作时间。近年来，2D材料基半浮栅结构的写入速度达到纳秒数量级，但其保留时间仅在秒范围内。具有小载流子隧穿势垒和原子级锐利界面的2D材料基FGM的操作速度也在纳秒量级。然而，这些超快FGM是使用多种2D材料在多步定点转移方法中制造的，导致制造复杂性和难度高。传统的FGM结构不能满足高操作速度、大数据存储容量、长保存时间和简单制作工艺的要求。因此，创新的存储器设计是非常需要的。
成果介绍
有鉴于此，近日，清华大学任天令教授和伍晓明研究员（共同通讯作者）等提出了一种基于晶体管的非易失性类浮栅存储器件，该器件利用铁电材料PZT(Pb[Zr0.2Ti0.8]O3)的极化效应来调节隧穿电子，用于对MoS2沟道层进行充电和放电。该晶体管被定义为极化隧穿晶体管(PTT)，并且不需要隧穿层或浮栅层。PTT的编程/擦除速度为25/20 ns，响应时间为120/105 ns，与基于范德华异质结的超快闪存相当。此外，PTT的消光比高达104，保留时间长达10年，并且制作工艺简单。本文的研究为下一代超快非易失性存储器件的发展提供了未来的指导方针。文章以“Polarized Tunneling Transistor for Ultrafast Memory”为题发表在著名期刊ACS Nano上。
