韓國研究團隊發現了只需改變電壓，就能在每個原子上儲存信息的新概念存儲器半導體原理。可以比現在增加1000倍以上的信息儲存容量，而且可以原封不動地使用現有的半導體材料，被評價為商用化的可能性很高。
蔚山科學技術院能源及化學工學部李俊熙（音譯）教授團隊2日表示，開發出了可以將半導體材料使用的氧化鉿半導體的儲存容量增加1000倍的技術。這相當於將3萬部高清晰度（HD）電影的500太字節儲存到指甲大小材料的水平。
研究團隊將目光聚焦在了可以代替現有DRAM或NAND閃存的新壹代候選“鐵電體存儲器（FRAM）”。FRAM是利用加電後原子位置發生變化的“鐵電體”現象記錄信息並進行讀取的原理。即使關掉電源，信息仍然保存完好，記錄和清除信息的速度比閃存快1000倍。
但是FRAM的缺點是，為了儲存信息，只要移動原子，原子之間的力量就會使數千個原子同時移動，因此很難縮小線幅。要想儲存壹個信息，需要20納米以上，比擁有數納米線幅的現有半導體大得多。因此，FRAM的商用化比Flash內存慢。
研究團隊發現，如果對鐵電體物質氧化鉿施加3∼4V的電壓，原子之間的力量就會斷裂。將原子相互捆綁在壹起的相互作用瞬間消失後，每個原子都可以自由移動。超級計算機分析結果顯示，施加電壓後，氧化鉿中的4個氧原子會成對交換位置。4個氧氣原子的長度只有0.5納米。這意味著理論上可將線幅縮小至0.5納米。
現有半導體的最小線幅減少到了5納米。此次發現在理論上可以進壹步減少到十分之壹以下。李教授說：“像鋼琴鍵盤壹樣，在不影響其他原子的情況下，可以對每個原子進行個別調節，也可以將它們組合起來儲存大量的新信息”，“在相同的空間裏儲存了1000倍以上的信息。”
這是首次在常溫下找到只施加電壓就消除原子間相互作用的方法。這種現象在零下200度以下、阻力為零的超導體中經常被發現，但由於實驗條件復雜，很難實際應用。李教授說：“在考慮如何在日常生活環境中消除原子的相互作用時，我想起了在所有領域都使用的電力”，“可以立即適用於所有使用電力的半導體。”
但是存在如果減少半導體線幅，電極等零件也要相應減少的問題。研究團隊表示，利用原子半導體可以克服該問題。即使不減少電極，也可以采用稍微調節電壓的方法，使放在電極上的各種原子逐個移動。李教授說：“這意味著，即使電極不細微，也可以個別讀取原子。”
李教授表示：“在超集成半導體領域，為確保世界性競爭力打下了基礎”，“在原子中儲存信息的技術，在不分裂原子的情況下成為半導體產業最後的儲存技術的幾率很高。”這壹研究成果刊登在3日的國際學術雜誌《科學》上。
東亞科學記者 趙承漢 shinjsh@donga.com
July 03, 2020 at 05:37AM
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蔚山科學技術院研究團隊開發高容量半導體儲存器，“指甲大小能儲存3萬部高清晰度電影” - 東亞日報
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