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華中科技大學(xué)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展 浮柵晶體管作為一種電荷存儲(chǔ)器，是構(gòu)成當(dāng)前大容量固態(tài)存儲(chǔ)器發(fā)展的核心元器件。然而，當(dāng)前，商業(yè)閃存內(nèi)硅基浮柵存儲(chǔ)器件所需的擦寫時(shí)間約10μs-1ms范圍，遠(yuǎn)低于計(jì)算單元CPU的數(shù)據(jù)處理速度(~ns) ，而其循環(huán)耐久性約為105次，也難以滿足頻繁的數(shù)據(jù)交互。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)吞吐量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，突破傳統(tǒng)浮柵晶體管擦寫速度、耐久性等瓶頸，發(fā)展一種可兼顧高速、耐久特性的存儲(chǔ)技術(shù)勢(shì)在必行。 二維材料具有原子級(jí)厚度和無(wú)懸掛鍵表面，在器件集成時(shí)可有效避免窄溝道效應(yīng)和界面態(tài)釘扎等問題，是實(shí)現(xiàn)高密度集成、高性能閃存器件的理想材料。然而，此前研究中，其數(shù)據(jù)擦寫速度多異常緩慢，鮮有器件可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和高循環(huán)耐久性。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，如圖2所示，利用MoS2材料內(nèi)獨(dú)特的1T/2H金屬-絕緣體相變工程在傳統(tǒng)二維浮柵晶體管器件內(nèi)引入邊緣接觸實(shí)現(xiàn)了擦寫速度在10-100ns、循環(huán)耐久性超過3×106次的高性能存儲(chǔ)器件。研究中，團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)Li+插層手段，對(duì)傳統(tǒng)金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)域內(nèi)MoS2進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，使其由半導(dǎo)體相（2H）向金屬相（1T）轉(zhuǎn)變，使器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸類型由傳統(tǒng)的3D/2D面接觸過渡為具有原子級(jí)銳利界面的2D/2D型邊緣接觸。團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期的研究中發(fā)現(xiàn)，這種接觸模式可有效避免接觸勢(shì)壘釘扎，從而有利于晶體管內(nèi)通過金-半接觸產(chǎn)生熱電子注入，促進(jìn)浮柵晶體管內(nèi)電荷擦寫效率的提升，在7-15V較低的工作電壓和超短的脈沖下完成浮柵電荷的擦寫，保證器件的循環(huán)耐久性。通過對(duì)比傳統(tǒng)面接觸電極與新型邊緣接觸，該研究說明了優(yōu)化制備二維浮柵存儲(chǔ)器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸界面對(duì)改善其擦寫速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能的重要作用。 與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能對(duì)比，研究所制備的二維浮柵晶體管在擦寫速度、循環(huán)壽命方面均有了大幅度提升，展現(xiàn)出優(yōu)越的存儲(chǔ)性能。而作為一種適用于二維半導(dǎo)體器件的獨(dú)特接觸模式，新型邊緣接觸模式可有效避免接觸電極尺寸效應(yīng)，有利于接下來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)其高密度集成，發(fā)展高性能、高密度大容量存儲(chǔ)器件提供新的思路。  邊緣接觸式二維浮柵存儲(chǔ)器的表征及其操作性能。 華中科技大學(xué)為該論文第一完成單位，材料學(xué)院博士研究生余軍和碩士研究生王晗為論文共同第一作者，翟天佑教授、馬穎教授和諸葛福偉副教授為通訊作者，集成電路學(xué)院繆向水教授和何毓輝教授等共同參與該項(xiàng)研究工作。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21825103、U21A2069）及科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA1200500）等項(xiàng)目的資助。 論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41363-x |
