湖南大學在氧化物2T0C DRAM領域取得新進展

隨著大數據與人工智能對低功耗存儲需求的增長，動態隨機存取存儲器（DRAM）的性能提升成為電子器件領域的關鍵挑戰。傳統的1T1C DRAM受限于電容漏電和刷新頻率，面臨高功耗和器件微縮極限難題。為此，基于氧化物場效應晶體管（FET）構建的無電容式2T0C DRAM因其低功耗和高集成潛力受到廣泛關注，但其性能邊界長期受限于氧化物FET載流子遷移率與運行穩定性之間的權衡。

近日，湖南大學半導體學院（集成電路學院）廖蕾教授、劉興強教授、何鵬輝副教授和合作團隊提出了一種基于Ω柵極單晶氧化銦（Ω-SC In₂O₃）FET的納秒級2T0C DRAM單元。研究團隊利用單晶In₂O₃納米線作為溝道材料制備了Ω柵極結構的FET，實現了321.7 cm²/V·s的場效應遷移率、64.6 mV/dec的亞閾值擺幅和良好的偏壓熱應力穩定性。研究團隊進一步基于該FET構建了2T0C DRAM單元，實現了10⁵s的數據保持時間、5 ns的寫入速度、10¹²次的循環的耐久性以及3 bits的多級存儲能力。該成果為高性能、低功耗、高密度嵌入式存儲器的開發提供了新的技術路徑，展示了氧化物半導體在DRAM應用中的巨大潛力。

相關研究成果以“Unlocking the performance limits of 2T0C DRAM with Ω-shaped-gated single-crystal In₂O₃FETs”為題發表于國際期刊《Science Advances》。湖南大學為第一通訊單位。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和湖南省自然科學基金等項目的支持。

基于Ω-SC In2O3 FET的2T0C DRAM單元的存儲性能。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec3934