只需埃米级，也就是0.1纳米尺度的原子层微小滑移，就能撬动千万倍电阻变化。中国科学院半导体研究所科研团队通过二维范德华异质结界面工程，攻克滑移铁电隧穿结高开关比与高耐久性难以兼顾的行业难题。
铁电隧穿结被视作下一代高密度存储、存算一体芯片的重要候选器件。器件的隧穿电阻开关比，直接决定存储芯片的读取信号质量、功耗表现。近年来出现的二维滑移铁电材料，依靠原子层之间的相对滑动实现铁电效应，抗反复读写能力远超传统氧化物铁电材料。但短板同样突出：这类材料自身极化强度偏弱，很难在器件中产生足够大的电阻信号，读出效果不理想。如何同时达到高开关比、超长循环寿命，这长期制约着这项技术走向实用。
为破解这一矛盾，科研人员搭建起Cr/h‑BN/3R‑MoS₂/单层石墨烯滑移铁电隧穿结，还把这套方案拓展到1T′‑ReS₂材料体系。六方氮化硼h‑BN充当一层致密“薄墙”，抑制漏电，让电流实现可控隧穿；3R‑MoS₂二维材料依靠层间埃米级滑移翻转电极化方向，调控电子穿越势垒的难易程度；单层石墨烯则对极化信号高度敏感，调节隧穿电子数量。三者配合形成“杠杆放大”效果，把材料微弱的极化信号放大，实现“四两拨千斤”，转化为巨大电阻差异。
这项研究在简单的两端器件结构中，同时实现超大读出窗口、超长寿命、快速切换与低能耗，打破了铁电隧穿结“读出对比度”和“循环可靠性”互相牵制的技术瓶颈。
科研人员介绍，未来如果完善大规模器件阵列和配套电路，这类器件有望实现更快速度、更低功耗的数据存储与运算，可应用于手机、电脑等终端硬件，为缓解算力提升与功耗受限的矛盾，推动存算一体新型计算架构落地提供新的技术方案。
相关成果9月11日发表于国际学术期刊《科学》。
记者：胡喆