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近日，記者從中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心獲悉，該中心研究人員與國內(nèi)多家單位合作，通過設(shè)計二維半導體與二維鐵電材料的特殊能帶對齊方式，將金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)與非隧穿型的鐵電憶阻器垂直組裝，首次構(gòu)筑了基于垂直架構(gòu)的門電壓可編程的二維鐵電存儲器，相關(guān)成果在線發(fā)表于《先進材料》。

二維層狀半導體材料得益于原子級薄的厚度，其受到靜電場屏蔽效應(yīng)大大減弱，利用門電壓可以對其電學性能進行有效調(diào)控。利用二維層狀半導體材料構(gòu)建的多端憶阻晶體管可以模擬人腦中復雜的突觸活動，有望應(yīng)用于未來非馮架構(gòu)的神經(jīng)形態(tài)計算等。此外，相比于平面構(gòu)型，二維納米功能材料通常具有開放且潔凈的界面，這使其能夠進行任意垂直組裝，可實現(xiàn)硅基半導體工藝所不能兼容的多層向上集成范式，從而在單位面積內(nèi)沿z軸獲得更高密度集成。因此，基于垂直架構(gòu)的二維納米電子學器件，已經(jīng)成為當前延續(xù)摩爾定律的一個重要研究方向。

但針對鐵電二維材料憶阻晶體管的研究目前仍然匱乏，尤其是具有垂直構(gòu)型的門電壓可調(diào)的憶阻器件的研究一直缺失，主要原因是傳統(tǒng)基于隧穿架構(gòu)的二維憶阻器難以在垂直方向兼具更高性能和有效柵極調(diào)控特性。

研究過程中，科研人員使用二維層狀材料CuInP2S6作為鐵電絕緣體層，利用二維層狀半導體材料MoS2和多層石墨烯分別作為鐵電憶阻器的上、下電極層，形成金屬/鐵電體/半導體(M-FE-S)架構(gòu)的憶阻器。同時，在頂部半導體層上方通過堆疊多層h-BN作為柵極介電層引入了MOSFET架構(gòu)。底部M-FE-S憶阻器件開關(guān)比超過105并且具有長期數(shù)據(jù)存儲能力，且阻變行為與CuInP2S6層的鐵電性存在較強耦合。此外，研究人員通過制備3×4的陣列結(jié)構(gòu)，展示了該型鐵電憶阻器件應(yīng)用于存儲交叉陣列的可行性，進一步研究人員展示了該型器件的門電壓可調(diào)多阻態(tài)的存儲特性。

據(jù)悉，該研究展示的門電壓可編程的鐵電憶阻器，有望在未來人工突觸等神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，并可能引發(fā)基于二維鐵電材料制備多功能器件的開發(fā)。此外，MOSFET與憶阻器垂直集成的架構(gòu)，可以進一步擴展到其他二維材料體系，從而獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲器。

關(guān)鍵詞： 半導體材料 研究人員 鐵電材料 垂直方向 電絕緣體