2026.09.13 20名中国研究人员开发了一种方法，大幅提高了新兴存储芯片的耐用性。随着人工智能热潮推动对更先进半导体的需求，这可能克服阻碍其在高性能计算和未来人工智能系统中应用的关键可靠性障碍。

研究团队在纤锌矿铁电体（一种可通过切换两种电状态来存储数据的材料）中实现了超过100亿次的写入循环。这一结果大约是该材料先前实现的耐久性的100倍，有助于推进潜在的下一代存储技术。这项突破有望使铁电存储器更接近在未来计算硬件中的实际应用。

该研究由西安电子科技大学的科学家领导，并与香港城市大学和复旦大学合作，于周四发表在《科学》杂志上。

近年来，诸如氮化铝钪等纤锌矿铁电体作为有前景的下一代存储材料受到了关注，因为它们具有快速的切换速度和潜在的低能耗。

至关重要的是，AlScN还与现有的半导体制造工艺兼容，这可能会简化其向未来存储设备的整合。

然而，该材料在经历重复的电切换后会面临显着的性能退化。现有的AlScN器件通常在经历大约1亿次写入循环后就会失效，这远低于商业应用所需的数十亿次。

研究人员表示，他们确定了氮空位（即缺少氮原子的位置）的累积是导致铁电芯片失效相对较快的主要原因，因为这些缺陷会产生电流泄漏的路径。

西安电子科技大学博士生、该论文的作者之一王瑞卿向《西安日报》做了更通俗的解释。

王瑞卿说：“把铁电材料想象成一块整齐种植的玉米地，氮空位就代表缺少幼苗的地方。”

王解释说，核心问题不仅仅是这些缺陷的数量，而是它们在材料被反复切换时的行为。氮空位会移动并聚集在一起，最终在材料中形成通道，导致电流泄漏并可能引发击穿。

王说：“过去，研究人员知道设备会失效并能观察到一些症状，但没有人能够从原子尺度上解释是什么在移动、它们是如何移动的，以及这种移动最终是如何导致失效的。”

研究团队通过设计一种限制氮空位移动的层状结构来解决这个问题。

他们在研究中表示，通过限制空位的移动和累积，研究人员能够显着减缓材料的退化，使其能够承受超过10亿次的写入循环。

尽管这些发现仍处于实验室阶段，但它们为提高高密度、低功耗存储芯片材料的耐用性指明了方向。在全球人工智能热潮继续推动对更快、更可靠芯片需求之际，这一进展应运而生。