随着大数据与人工智能对低功耗存储需求的增长，动态随机存取存储器（DRAM）的性能提升成为电子器件领域的关键挑战。传统的1T1C DRAM受限于电容漏电和刷新频率，面临高功耗和器件微缩极限难题。为此，基于氧化物场效应晶体管（FET）构建的无电容式2T0C DRAM因其低功耗和高集成潜力受到广泛关注，但其性能边界长期受限于氧化物FET载流子迁移率与运行稳定性之间的权衡。

近日，湖南大学半导体学院（集成电路学院）廖蕾教授、刘兴强教授、何鹏辉副教授和合作团队提出了一种基于Ω栅极单晶氧化铟（Ω-SC In₂O₃）FET的纳秒级2T0C DRAM单元。研究团队利用单晶In₂O₃纳米线作为沟道材料制备了Ω栅极结构的FET，实现了321.7 cm²/V·s的场效应迁移率、64.6 mV/dec的亚阈值摆幅和良好的偏压热应力稳定性。研究团队进一步基于该FET构建了2T0C DRAM单元，实现了10⁵s的数据保持时间、5 ns的写入速度、10¹²次的循环的耐久性以及3 bits的多级存储能力。该成果为高性能、低功耗、高密度嵌入式存储器的开发提供了新的技术路径，展示了氧化物半导体在DRAM应用中的巨大潜力。

相关研究成果以“Unlocking the performance limits of 2T0C DRAM with Ω-shaped-gated single-crystal In₂O₃FETs”为题发表于国际期刊《Science Advances》。湖南大学为第一通讯单位。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖南省自然科学基金等项目的支持。

基于Ω-SC In2O3 FET的2T0C DRAM单元的存储性能。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec3934

来源：半导体学院

责任编辑：卜瀚韬