当前计算机架构“冯•诺依曼”体系下计算与存储相互分离，双方数据反复交换和存储器信息的低读写速度直接导致整个芯片系统运算速度下降和功耗增加。计算机存储架构涉及到多种挥发性和非挥发性存储器，其中挥发性存储器读写速度快（0.2-20纳秒），但是存储密度低。而非挥发性存储器存储密度大（几百Gbit 至1Tbit），功耗较低，但是存储速度慢（毫秒-秒），严重地制约了计算机整体性能的提升。复旦大学微电子学院江安全课题组经过多年努力成功研制出一种基于导电畴壁的新型高性能铁电畴壁存储器，兼具读写速度快、存储密度高、功耗抵、擦写次数不限、与CMOS工艺兼容易于大规模生产等优点。
近日江安全团队在硅基铌酸锂单晶薄膜上利用铁电薄膜的表面层效应，实现了自带选择管功能的铁电畴壁存储器。相关成果以《Ferroelectric domain wall memory with embedded selector realized in LiNbO3 single crystals integrated on Si wafers》为题发表在国际顶级期刊《自然材料》(Nature Materials)上，江安全教授为文章第一作者和通信作者，该项工作受到国际知名学者James F. Scott（铁电存储器(1T1C/2T2C)奠基者）和Cheol Seong Hwang教授（韩国科学技术院院士，Samsung 公司存储技术顾问）的大力支持和帮助，其中Cheol Seong Hwang教授为该论文的通信作者。
该项工作基于铁电极化调控畴壁电导新原理，即电场诱导铁电畴翻转，调控导电畴壁产生或消失作为非挥发性存储器的开关状态。提出了铌酸锂存储单元和电极之间的界面层(‘dead’ layers)具备天然选择管效应，这表示该存储器采用Crossbar架构时无需再额外制备选择管，降低了高密度集成工艺难度和成本，并提高了器件的可靠性。该铁电畴壁存储器具有电流开关比高，寿命长，读写速度快等优点，并可以像3D NAND一样实现三维堆垛，实现高密度存储。此外，与硅晶低温键合的铌酸锂单晶薄膜具有一致性好，可靠性高，与CMOS工艺相兼容，价格便宜等有点，易于大规模生产。
图1a, 铌酸锂(LNO)存储单元与左右电极(L&R)接触的扫描电镜成像；b, 不同尺寸存储单元的电流-电压曲线；c, d, 存储单元的原子力形貌像和面内电畴的压电成像；e, 自带选择管铁电畴壁存储器实现原理
该项目得到上海市科技创新行动计划基础研究项目、国家重点研发计划、北京市自然科学基金和国家自然科学基金项目等专项资助。
论文在线链接：https://www.nature.com/articles/s41563-020-0702-z