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近日，記者從中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心獲悉，該中心研究人員與國內多家單位合作，通過設計二維半導體與二維鐵電材料的特殊能帶對齊方式，將金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)與非隧穿型的鐵電憶阻器垂直組裝，首次構筑了基于垂直架構的門電壓可編程的二維鐵電存儲器，相關成果在線發表于《先進材料》。

二維層狀半導體材料得益于原子級薄的厚度，其受到靜電場屏蔽效應大大減弱，利用門電壓可以對其電學性能進行有效調控。利用二維層狀半導體材料構建的多端憶阻晶體管可以模擬人腦中復雜的突觸活動，有望應用于未來非馮架構的神經形態計算等。此外，相比于平面構型，二維納米功能材料通常具有開放且潔凈的界面，這使其能夠進行任意垂直組裝，可實現硅基半導體工藝所不能兼容的多層向上集成范式，從而在單位面積內沿z軸獲得更高密度集成。因此，基于垂直架構的二維納米電子學器件，已經成為當前延續摩爾定律的一個重要研究方向。

但針對鐵電二維材料憶阻晶體管的研究目前仍然匱乏，尤其是具有垂直構型的門電壓可調的憶阻器件的研究一直缺失，主要原因是傳統基于隧穿架構的二維憶阻器難以在垂直方向兼具更高性能和有效柵極調控特性。

研究過程中，科研人員使用二維層狀材料CuInP2S6作為鐵電絕緣體層，利用二維層狀半導體材料MoS2和多層石墨烯分別作為鐵電憶阻器的上、下電極層，形成金屬/鐵電體/半導體(M-FE-S)架構的憶阻器。同時，在頂部半導體層上方通過堆疊多層h-BN作為柵極介電層引入了MOSFET架構。底部M-FE-S憶阻器件開關比超過105并且具有長期數據存儲能力，且阻變行為與CuInP2S6層的鐵電性存在較強耦合。此外，研究人員通過制備3×4的陣列結構，展示了該型鐵電憶阻器件應用于存儲交叉陣列的可行性，進一步研究人員展示了該型器件的門電壓可調多阻態的存儲特性。

據悉，該研究展示的門電壓可編程的鐵電憶阻器，有望在未來人工突觸等神經形態計算系統中發揮重要作用，并可能引發基于二維鐵電材料制備多功能器件的開發。此外，MOSFET與憶阻器垂直集成的架構，可以進一步擴展到其他二維材料體系，從而獲得性能更加優異的新型存儲器。

關鍵詞： 半導體材料 研究人員 鐵電材料 垂直方向 電絕緣體