半导体器件领域再迎重磅突破，AI 芯片发展的 “内存墙” 难题迎来全新破解思路。近日，北京大学电子学院传来捷报，该团队成功研制出迄今尺寸、功耗的铁电晶体管，将器件物理栅长精准缩减至 1 纳米的原子尺度极限。这一突破性成果打破了传统铁电晶体管的物理限制，不仅实现了器件能耗的跨越式降低，更将为下一代高算力、高能效 AI 芯片研发筑牢关键技术根基，成为半导体基础器件领域的重要里程碑。
在半导体器件与人工智能芯片深度融合的当下，AI 算力提升正遭遇关键瓶颈。行业内普遍面临的 “内存墙” 问题，让数据存储与运算处于分离区域，跨区域的 “隔墙” 调用大幅降低了芯片运行效率，成为制约 AI 芯片性能升级的障碍。而铁电晶体管（FeFET）凭借 “存算一体” 的独特优势，被业内视作神经形态计算领域潜力的新型基础器件 —— 它摒弃了传统半导体逻辑晶体管存储与计算分离的设计，如同人脑的神经元一般，将两大功能合二为一，从架构上为打破效率瓶颈提供了可能，也成为半导体器件领域的研发热点。
但潜力背后，传统铁电晶体管的产业化应用始终受限于两大短板：能耗过高、逻辑电压不匹配，其中铁电材料 “改变极化状态” 需要高电压高能耗的问题，更是长期以来难以突破的技术卡点。此次北大团队的研发，正是瞄准这一行业痛点展开技术攻坚。团队创新性地采用纳米栅极结构设计，结合工艺的持续精进，将铁电晶体管的物理栅长推进至 1 纳米极限，这一原子尺度的把控，让铁电层内部得以形成高强度电场，仅需 0.6V 的超低外部电压，即可轻松实现铁电极化的翻转，成功解决了高电压高能耗的问题。
据相关负责人介绍，此次研发的纳米栅铁电晶体管，能耗较国际 好水平整整降低了一个数量级，这一跨越式的能耗优化，得益于纳米栅设计的巧思。简单来说，纳米栅的设计相当于对电场进行了 “杠杆放大”，能够以极低的电压代价驱动铁电材料的极化反转，从物理机制上实现了能耗的大幅降低，同时也解决了传统器件逻辑电压不匹配的问题，为其大规模应用扫清了关键技术障碍。
作为仪器设备领域的基础器件，晶体管的技术突破始终是下游芯片产业发展的重要驱动力。从微米级到纳米级，再到如今的 1 纳米原子尺度，晶体管的微型化、低功耗化发展，始终是半导体技术进步的主线。
此次北大团队在铁电晶体管领域的突破，不仅刷新了同类器件的尺寸和功耗纪录，更让 “存算一体” 的铁电晶体管向产业化应用迈出了关键一步。未来，随着该技术的进一步完善与落地，有望推动 AI 芯片、神经形态计算等领域的技术革新，为半导体产业的高质量发展注入新的动力。