东京大学工业科学研究所的科学家通过铁电栅绝缘体和原子层沉积氧化物半导体通道，制造了三维垂直形成的场效应晶体管，以生产高密度数据存储器件。此外，通过使用反铁电而不是铁电，他们发现擦除数据只需要很小的净电荷，这会导致更高效的写入操作。这项工作可能允许使用新的、更小、更环保的数据存储内存。

虽然消费类闪存驱动器在存储数据方面已经在尺寸、容量和价格上比以前的计算机媒体格式有了巨大的改进，但新的机器学习和大数据应用程序继续推动创新需求。此外，支持移动云的设备和未来的物联网节点将需要节能且体积小的内存。然而，当前的闪存技术需要相对较大的电流来读取或写入数据。

现在，东京大学的一个研究小组开发了一种基于铁电和反铁电场效应晶体管（FET）的概念验证3D堆叠存储单元，该晶体管具有原子层沉积的氧化物半导体通道。这些FET可以以非易失性的方式存储1和0，这意味着它们不需要一直供电。垂直设备结构增加了信息密度，减少了操作能量需求。氧化铪和氧化铟层沉积在垂直沟槽结构中。铁电材料的电偶极子在同一方向上排列时最稳定。铁电氧化铪自发地使偶极子垂直排列。信息通过铁电层中的极化度存储，由于电阻的变化，系统可以读取该极化度。另一方面，反铁电体喜欢在擦除状态下上下交替偶极子，这使得能够在氧化物半导体通道内进行有效的擦除操作。

“我们证明，我们的设备至少在1000个周期内是稳定的，”第一作者卓丽说。该团队对氧化铟层的不同厚度进行了实验。他们发现，优化此参数可以显著提高性能。研究人员还利用第一原理计算机模拟绘制出最稳定的表面状态。

资深作者MasaharuKobayashi说：“我们的方法有可能极大地改善非易失性内存领域。”。这种使用实验原型和计算机模拟的研究可能有助于实现未来的消费电子产品。

这项工作发表在2022年IEEE硅纳米电子学研讨会上。