近日，复旦大学微电子学院江安全教授课题组在高密度铁电存储器的信息读出技术的研究中取得了新进展。该课题组采用新型畴壁电流读出技术，在高度绝缘的铁酸铋（BiFeO3）薄膜表面创新性制备出三端纳米存储单元，实现电畴信息的快速读出。相关研究成果以Temporary formation of highly conducting domain walls for non-destructive read-out of ferroelectric domain-wall resistance switching memories为题发表于《自然·材料》期刊上（Nature Materials, 2017, DOI: 10.1038/nmat5028）。
计算机存储器都是以“0”和“1”二进制的方式记录所需要存储的逻辑信息。铁电材料可以通过施加外在电场改变电畴的极化方向，非挥发地存储以上逻辑信息，电畴最小尺寸可以缩小至1.2纳米，读写速度可达纳秒甚至皮秒量级，且读写次数基本不限，能耗极低，具备了通用存储器特征。但是如何重复、可靠地读出不同存储单元中纳米电畴的信息成为产学研发界的关键技术难题。目前市场上普遍采用的存储架构和电荷积分的信息读出方案，限制了最小存储单元面积，成为高密度铁电存储器技术的发展瓶颈。
江安全课题组通过控制存储单元的两个侧边电极实现电畴信息的快速写入，利用一个侧边和一个中间电极实现电畴信息的快速读出。当读电场与电畴写入方向平行时（“0”），读出电流低；反之，当读电场与电畴写入方向反平行时（“1”），存储单元表面的部分电畴会反转，从而与周边不反转的铁电畴形成了导电畴壁，读出电流高。以上高、低态读出电流开关比大于100，读操作过程中所形成的导电畴壁在读操作后全部自动消失，从而实现信息的非破坏性读出，并且减小了薄膜中长时间带电缺陷的运动或聚集影响所读出的畴壁电流大小，可靠性高。另外，存储单元尺寸越小，即存储密度越高，所读出畴壁电流越大，例如1 V读电压下7.2纳米尺寸的存储单元中能够读出的畴壁电流可达1微安，满足了存储电路的快速读取需求。