復旦大學成功研發出半浮柵晶體管，克服DRAM技術的電容瓶頸
集微網8月22日消息，根據相關調研機構的數據顯示，2017年全球半導體市場規模達到4197億美元，同比增長21.6%。其中，存儲器的重要性不言而喻。2017年存儲器的銷量為1240億美元，同比增長61.5%。預計到2019年，存儲器市場約佔半導體市場的30%。
值得一提的是，在存儲器這個細分領域中，2017年DRAM產品的銷售額增長了76.8%，NAND快閃記憶體產品的銷售額增長47.5%。
從分類來看，存儲器主要分為易失性存儲器（Volatile memory）和非易失性存儲器（Non-Volatile memory）。其中，易失性存儲器斷電後數據不能儲存，主要以DRAM 為代表，常用於電腦、手機內存；而非易失性存儲器斷電後數據能夠存儲，主要以NAND Flash 為代表，常見於U盤和SSD（固態硬碟)。
在今日於南京召開的中國集成電路技術與應用研討會暨南京國際集成電路技術達摩論壇上，復旦大學微電子學院執行院長、教育部長江特批教授張衛表示，動態隨機存儲器（DRAM）晶元是銷售量和銷售額最大的單一集成電路產品，2017年達到700多億美元。
但是，張衛也指出，DRAM晶元技術由於遇到了電容瓶頸，多年來一直徘徊在17nm技術節點。目前，DRAM技術正面臨前所未有的技術挑戰：一是存儲電容越來越小，導致數據保持時間縮短，功耗增加；二是陣列晶體管驅動電流太小，漏電流增大。
因此，科研人員一直在尋找可以用於製造動態隨機存儲器的無電容器件技術。而復旦大學張衛教授團隊長期以來一直從事集成電路工藝和新型半導體器件的研發，並在2013年已經成功研發出半浮柵晶體管（SFGT）。
據張衛教授介紹，半浮柵晶體管就是沒有電容的動態隨機存儲器，它巧妙地通過一個隧穿二極體（TFET）把浮柵和漏極連起來，用隧穿二極體來控制浮柵的充放電，從而構成了一個動態存儲器。半浮柵器件的主要工作原理是讀取時MOS管閾值電壓的高低來確定電流大小，根據電流強度大小可確定其狀態。
此外，半浮柵器件的優點是速度快、面積小、低功耗，且與標準 CMOS工藝兼容，不需要集成新材料。
對於團隊所取得的進展，張衛教授表示，目前團隊提出和論證了一種基於二維材料的半浮柵存儲器，既有DRAM的納秒級速度，同時又具有非揮發存儲器的特點。論文」 A semi-floating gate memory based on van der Waals heterostructures for quasi-nonvolatile applications "4月10號已發表在 Nature Nanotechnology 上。
在張衛教授看來，半導體存儲器應用市場越來越大，但是面臨技術瓶頸亟待克服。而半浮柵晶體管作為一種新型的、基礎的、核心的電子器件，潛在應用布場巨大。然而，對於半浮柵晶體管來說，從原創器件到工程化樣片，再到產業化應用，還需要進行大量基礎和應用研究，也需要很長的積累。「我們堅信半浮柵晶體管作為一項原創性創新成果，為我國集成電路產業提供一次很好的創新發展機遇。」（校對/春夏）
