仅仅0.1纳米，也就是埃米级别的原子层轻轻一滑，直接攻克全球存算一体芯片底层器件的老大难难题！中国团队在《科学》发布全球领先的滑移铁电隧穿结，打破行业持续多年“鱼和熊掌不可兼得”的技术死局！

很多人听过存算一体芯片，它的目标就是解决现在电脑、AI芯片的存储墙问题。咱们现在传统芯片，计算单元和存储器是分开的，数据要来回反复搬运，就像快递仓库和分拣中心隔了很远，来回运输极度耗电、拖慢速度。而铁电隧穿结，就是存算一体芯片最核心的基础器件。

但是过去全世界科研圈卡在一个绕不开的瓶颈：铁电隧穿结，高开关比和高耐久性，二者只能二选一。想读出信号清晰、开关比高，器件反复读写几次就容易坏；想要器件耐百万亿次反复擦写、寿命长，读取的信号差距又太小，芯片识别困难。全球各国研究团队多年尝试，始终没法把这两项核心指标同时拉到高水平。

这次，中国科学院半导体研究所吴江滨、谭平恒团队，联合香港大学汪涵教授团队，拿出了首创的解决方案，成果在线首发于《科学》杂志，论文在线日期9月9日，国内权威官宣报道在9月10、11日。团队设计出Cr/h‑BN/3R‑MoS₂/单层石墨烯滑移铁电隧穿结结构，还成功拓展到1T′‑ReS₂材料体系。简单打比方：六方氮化硼h‑BN是一层致密的薄屏障，控制电子隧穿；3R‑MoS₂二维材料靠原子层之间埃米级微小滑移，翻转内部极化；单层石墨烯充当灵敏电极，把微弱的极化信号放大，形成杠杆放大效应，四两拨千斤。

这里要把数据讲清楚：在0.5伏低压读取条件下，器件隧穿电阻开关比达到1.9×10⁷，也就是开态、关态电流相差近两千万倍，相比之前全球同类滑移铁电隧穿结纪录，直接拉高4个数量级；同时器件耐久性突破10¹¹次开关循环，也就是可以稳定读写上百亿亿次。切换速度达到13纳秒，单次开关能耗低至6.5 fJ/bit。团队还制作了8×8器件阵列，全部64个单元都能稳定双稳态开关，证明这套方案具备阵列集成的潜力。

在国际横向对比上，传统氧化物铁电隧穿结，要么开关比只有几千，要么循环寿命差；此前其他国家研发的滑移铁电器件，虽然寿命不错，但读出信号弱、开关比很低。这次中国团队首次在同一个两端器件里面，同时集齐超大读出窗口、超长时间耐久、纳秒级快速切换、极低能耗多项顶级指标，一举打破铁电隧穿结读出对比度和循环可靠性互相牵制的世界性瓶颈，属于全球领跑的原创突破。

国际同行评价，这项工作解决了滑移铁电器件长期存在的信号弱痛点，把滑移铁电隧穿结从基础材料研究，推进到可阵列集成的器件阶段，给存内计算硬件开辟全新技术路线。

它的应用场景非常广阔。未来大规模阵列成熟落地之后，可以用于终端AI芯片、手机、PC、边缘感知设备。现在大模型算力功耗居高不下，根源就是数据来回搬运产生巨大能耗。依托这个器件打造的存算一体芯片，可以把存储和计算融合在一起，数据不用来回搬运，在存储原地完成计算，大幅降低AI算力功耗，缓解算力与功耗之间的矛盾。

现阶段这项成果属于实验室器件原型突破，已经完成小型阵列验证，属于底层器件的里程碑式进展。这项成果属于底层基础器件创新，为下一代低功耗AI硬件储备关键技术，夯实我们在存算一体赛道的技术根基。