复旦大学信息科学与工程学院微电子学系江安全教授在高密度铁电阻变存储器(Ferro-RRAM)的研究中取得重大进展。由信息学院江安全教授所领导的研究小组和中科院物理所、首尔大学、剑桥大学等教授合作，基于BiFeO3薄膜，证明了一种铁电自发极化方向调制的p-n结电流，可运用于高密度信息的非挥发存储。其成果已在材料类国际顶级刊物《Advance. Material.》杂志上（影响因子8.379）发表。
江安全教授等提出采用电畴极化方向调制的铁电半导体二极管电流的器件集成方案，能够实现信息的非破坏性读取和器件的高密度信息存储。研究结果证明，在运用脉冲激光沉积（PLD）技术在附有钌酸锶下电极的钛酸锶单晶衬底上生长出一层270－500nm膜厚的（100）铁酸铋半导体薄膜后，在其之上然后再生长出一层Pt等上电极，形成三明治电容器结构。在薄膜存储器单元中施加12－18V的写脉冲电压（脉宽为1－5微秒）后，在小于电畴反转的矫顽电压的读电压下，观察到沿极化方向单向导通的p-n结电流。反之，当沿相反方向施加-18－-12V的写脉冲后，以上p-n结电流的单向导通性随之改变。在4V读电压下，开关电流比最大可达100。此外，研究还充分证明了以上电畴调制二极管电流的机制：半导体薄膜中可翻转电畴的体积份数和所改变的p-n结电流呈正比；该半导体薄膜中的p-n电流随电畴方向变化的普遍性，不同于通常电阻存储器(RRAM)中通过缺陷的随机运动所引起导电通道反复形成或破裂的机理，使器件具有更高的读写操作的可靠性。另外以上极化调制的开关电流会随着铁酸铋薄膜厚度的减小而急速增大，在膜厚为270nm可达到5.4A/cm2，保证高密度集成存储器中每个存储单元中拥有足够高的、可识别的读出电流，大大加速了高密度铁电阻变存储器(Ferro-RRAM)的商业化进程。 一般商业化的铁电存储器采用了一个晶体管和一个铁电电容器(1T1C)的存储单元结构,与市场中主流非挥发闪存相比，具有数据读写速度快(～30 ns)、擦写电压低(～1.5V)和读写次数高(～1010)等优点，近年来铁电薄膜存储器得到广泛关注和较快发展，尤其是在电子标签、移动电话、公交卡、随身听、游戏卡和数码相机等耗电少的电子产品中率先得到应用和发展，如Ramtron 和Texas Instruments公司于2005年共同开发的8Mb智能卡等。 另外，铁电薄膜存储器也可应用于高性能移动数字设备和电脑等多种场合，如果结合DRAM、SRAM的快速操作特性和闪存的数据非易失性(即断电后仍可保存数据)，可以在千兆赫兹以上的快速电路中与CPU中枢直接对话，有潜力替代目前市场上各种存储器，最终形成一种统用存储器。铁电薄膜存储器具有很好的发展前景。
复旦大学在对Ferro-RRAM原形器件的研究过程中积累了丰富的研究成果拥有自主的知识产权，申请到基于该原形器件工作原理的两项国内发明专利和一项国际专利，为(Ferro-RRAM)器件今后的产业化奠定了坚实的基础。
（马波 陈国平）
