与非网 7 月 3 日讯，在半导体行业中，最重要的方向莫过于存储器。 其应用领域广泛，几乎所有常见的电子设备都需要使用存储器。根据 WSTS 2019 年 11 月估计数据，2019 年全球半导体行业的整体规模在 4000 亿美元以上，存储器的市场规模超过 1000 亿，是半导体中规模最大的子行业，占比超过 1/4。

近日，韩国蔚山科学技术院能源及化学工学部李俊熙（音译）教授团队开发出了可以将半导体材料使用的氧化铪半导体的储存容量增加 1000 倍的技术。这相当于将 3 万部高清晰度（HD）电影的 500 太字节储存到指甲大小材料的水平。

研究团队将目光聚焦在了可以代替现有 DRAM 或 NAND 闪存的新一代候选“铁电体存储器（FRAM）”。FRAM 是利用加电后原子位置发生变化的“铁电体”现象记录信息并进行读取的原理。即使关掉电源，信息仍然保存完好，记录和清除信息的速度比闪存快 1000 倍。

但是 FRAM 的缺点是，为了储存信息，只要移动原子，原子之间的力量就会使数千个原子同时移动，因此很难缩小线幅。要想储存一个信息，需要 20 纳米以上，比拥有数纳米线幅的现有半导体大得多。因此，FRAM 的商用化比 Flash 内存慢。

研究团队发现，如果对铁电体物质氧化铪施加 3∼4V 的电压，原子之间的力量就会断裂。将原子相互捆绑在一起的相互作用瞬间消失后，每个原子都可以自由移动。超级计算机分析结果显示，施加电压后，氧化铪中的 4 个氧原子会成对交换位置。4 个氧气原子的长度只有 0.5 纳米。这意味着理论上可将线幅缩小至 0.5 纳米。

现有半导体的最小线幅减少到了 5 纳米。此次发现在理论上可以进一步减少到十分之一以下。李教授说：“像钢琴键盘一样，在不影响其他原子的情况下，可以对每个原子进行个别调节，也可以将它们组合起来储存大量的新信息”，“在相同的空间里储存了 1000 倍以上的信息。”

这是首次在常温下找到只施加电压就消除原子间相互作用的方法。这种现象在零下 200 度以下、阻力为零的超导体中经常被发现，但由于实验条件复杂，很难实际应用。李教授说：“在考虑如何在日常生活环境中消除原子的相互作用时，我想起了在所有领域都使用的电力”，“可以立即适用于所有使用电力的半导体。”

但是存在如果减少半导体线幅，电极等零件也要相应减少的问题。研究团队表示，利用原子半导体可以克服该问题。即使不减少电极，也可以采用稍微调节电压的方法，使放在电极上的各种原子逐个移动。李教授说：“这意味着，即使电极不细微，也可以个别读取原子。”

李教授表示：“在超集成半导体领域，为确保世界性竞争力打下了基础”，“在原子中储存信息的技术，在不分裂原子的情况下成为半导体产业最后的储存技术的几率很高。”这一研究成果刊登在 3 日的国际学术杂志《科学》上。