近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所（以下簡(jiǎn)稱金屬所）沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心與國(guó)內(nèi)多家單位合作，研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)二維半導(dǎo)體與二維鐵電材料的特殊能帶對(duì)齊方式，將金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）與非隧穿型的鐵電憶阻器垂直組裝，首次構(gòu)筑了基于垂直架構(gòu)的門電壓可編程的二維鐵電存儲(chǔ)器。
據(jù)了解，基于垂直架構(gòu)的二維納米電子學(xué)器件，已經(jīng)成為當(dāng)前延續(xù)摩爾定律的一個(gè)重要研究方向。迄今為止，針對(duì)鐵電二維材料憶阻晶體管的研究仍然匱乏，尤其是具有垂直構(gòu)型的門電壓可調(diào)的憶阻器件的研究一直缺失，主要原因是傳統(tǒng)基于隧穿架構(gòu)的二維憶阻器難以在垂直方向兼具更高性能和有效柵極調(diào)控特性。
為此，研究團(tuán)隊(duì)使用二維層狀材料CuInP2S6作為鐵電絕緣體層，利用二維層狀半導(dǎo)體材料MoS2和多層石墨烯分別作為鐵電憶阻器的上、下電極層，形成金屬/鐵電體/半導(dǎo)體（M-FE-S）架構(gòu)的憶阻器；同時(shí)，在頂部半導(dǎo)體層上方通過堆疊多層h-BN作為柵極介電層引入了MOSFET架構(gòu)。底部M-FE-S憶阻器件開關(guān)比超過105并且具有長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，且阻變行為與CuInP2S6層的鐵電性存在較強(qiáng)耦合。
此外，研究人員通過制備3×4的陣列結(jié)構(gòu)，展示了該型鐵電憶阻器件應(yīng)用于存儲(chǔ)交叉陣列的可行性。研究人員進(jìn)一步通過在上方MOSFET施加?xùn)艠O電壓，有效調(diào)控了二維半導(dǎo)體層MoS2的載流子濃度（或費(fèi)米能級(jí)），從而對(duì)下方M-FE-S憶阻器的存儲(chǔ)性能進(jìn)行操控。基于以上結(jié)果，研究人員展示了該型器件的門電壓可調(diào)多阻態(tài)的存儲(chǔ)特性。
研究所展示的門電壓可編程的鐵電憶阻器有望在未來人工突觸等神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，并可能引發(fā)基于二維鐵電材料制備多功能器件的開發(fā)。此外，該工作所提出的MOSFET與憶阻器垂直集成的架構(gòu)可以進(jìn)一步擴(kuò)展到其他二維材料體系，從而獲得性能更加優(yōu)異的新型存儲(chǔ)器。
