Imec在铁电存储器研究方面取得突破

在2026年IEEE / JSAP超大规模集成电路技术与电路研讨会上，作为全球领先的先进半导体技术研究与创新中心，imec展示了铁电存储器研究的两项进展，重点将铁电电容器和铁电场效应晶体管作为新兴候选材料，以实现低压工作和高密度集成。

随着人工智能工作负载对内存系统施加前所未有的压力，铁电存储器正受到越来越多的关注，要求以可持续的成本提供更大容量、更高带宽和更优的能效。随着传统存储技术如DRAM和SRAM变得难以扩展，铁电方法正成为有前景的候选者，因为它们可以将低压操作与实现更密集三维集成的路径结合起来。在这样的背景下，imec推出了两项互补的进展：低压铁电电容，有望支持未来类似DRAM的内存，以及垂直堆叠的FeFET，这些预示着下一代AI系统实现紧凑、高密度的内存架构。

铁电电容器通过铁电层缩放实现低电压（~1.3 V）工作，同时保持高残余极化（>40 μC/cm²）和耐久性（≥10¹³周期），这些是类DRAM存储应用的关键要求。在另一项演示中，imec迈出了高密度三维铁电存储器，采用垂直堆叠的基于IGZO的铁电场效应晶体管（FeFET）。该研究首次功能性演示了五字垂直FeFET存储单元堆叠，通过将设备叠加以提高存储密度。通过引入带有后门的双门配置，imec提升了擦除效率，这是FeFET技术面临的关键挑战。这一架构创新凸显了基于氧化物半导体的FeFET（场效应场效应晶体）在未来高密度存储应用中的潜力。

正是 imec 的多学科方法，通过共享材料、集成策略和实现可扩展三维铁电存储的共同愿景，将所展示的设备概念汇聚在一起。这两种方法都依赖于类似的铁电材料堆栈，从界面工程和电容器缩放中获得的见解直接应用于FeFET器件的优化。同时，FeFET堆叠中展示的先进三维集成技术为实现高密度三维铁电电容器阵列提供了路径。这两种存储构件——铁电电容和FeECT——各具优势，彼此的洞见指导对方的进一步优化。

这些进展正值半导体行业的关键时刻。随着DRAM和SRAM等内存技术接近扩展极限，AI驱动的工作负载需要指数级更大的内存容量，新的内存概念需求日益迫切。铁电电容器的低压工作已证实支持节能存储概念，而垂直堆叠的FeFET则为适合嵌入式和下一代计算架构的紧凑高密度存储打开了大门。这些创新共同为未来数据中心系统的性能和成本挑战提供了互补的途径。

imec项目总监Attilio Belmonte表示：“这项工作展示了imec从材料科学到先进三维集成的多学科专业知识，使我们能够应对内存技术中一些最紧迫的挑战。”imec项目总监Maarten Rosmeulen继续说：“我们正在探索多条路径，以实现实现AI和数据密集型应用的快速增长所需的内存解决方案。”

展望未来，imec将继续完善这两种器件概念，同时解决FeFET的耐久性和擦除性能，以及铁电电容器的进一步电压尺度和可靠性优化等挑战。未来工作将聚焦于系统层面的技术评估、全集成三维存储架构的开发，以及优化关键性能指标，使这些概念更接近实际应用。虽然仍处于研究阶段，这些结果标志着下一代存储技术的重要一步，有望重新定义人工智能时代数据的存储和访问方式。