近日，北京大学电子学院彭练矛院士团队国际学术期刊《科学·进展》发表研究成果，宣布研制出全球首个物理栅长为1纳米的铁电晶体管。该器件工作电压低至0.6伏，能耗密度仅为0.45飞焦每平方微米，对应的指标在国际同类研究中处于领先水平。长期以来，传统铁电晶体管因工作电压较高、能耗较大等问题，限制了其在集成电路中的应用。随着全球半导体产业向更小制程节点推进，如何在保持器件性能的同时降低功耗，成为业界共同面对的难题。目前国际主流芯片制造企业的量产工艺多集中在3纳米至7纳米节点，而在1纳米级别实现稳定工作的晶体管器件，此前尚未有成功报道。 据该团队研究员邱晨光介绍，此次突破的关键在于采用了纳米栅极电场汇聚增强效应的设计方案。通过优化栅极结构，研究团队实现了电场强度的精准调控，降低了铁电材料极化翻转所需的能量阈值。该设计不仅将物理栅长缩小至1纳米极限尺度——也使器件工作电压显著下降——能耗水平较现有技术降低约十倍。 从技术参数看，0.6伏的工作电压和0.45飞焦每平方微米的能耗密度，意味着该器件单位面积能量消耗明显低于国际同类产品。对需要大规模集成的人工智能计算芯片来说，这一特性很重要。当前高性能计算芯片普遍面临“功耗墙”，数据中心能耗高企已成为产业发展的制约因素之一。超低功耗晶体管技术的出现，为存算一体等新型计算架构提供了硬件支撑。 ，该团队已就相关技术申请多项发明专利，覆盖器件结构设计、制备工艺等关键环节，初步形成自主知识产权体系。彭练矛院士团队在碳基电子学领域长期开展研究，此次在铁电晶体管方向取得进展，说明了我国在前沿半导体技术上的持续积累与创新能力。 不过，从实验室成果走向产业化仍需时间。业内专家指出，1纳米器件实现量产，还需工艺稳定性、良率控制、设备兼容性各上解决若干工程问题。尤其在光刻、刻蚀等关键制造环节，对高端半导体设备仍有较高要求。但该技术在原理层面的创新，为后摩尔时代芯片发展路径提供了新的思路。 当前国际半导体产业正处于多路线探索阶段。除硅基工艺继续向更小节点推进外，三维封装、光子芯片、量子计算等方向也在加速发展。我国科研团队在铁电晶体管领域的这一进展，丰富了全球半导体技术创新的选择，也为我国在新一轮科技竞争中争取主动提供了技术储备。 从产业发展角度看，超低功耗器件技术若继续成熟，将对人工智能、物联网、移动计算等应用产生重要影响。随着算力需求持续增长，如何在性能提升与能耗控制之间取得平衡，已成为芯片设计的核心议题。铁电晶体管技术一旦实现规模化应用，有望降低数据中心运营成本，并推动绿色计算发展。
在全球科技竞争加速的背景下，核心技术自主创新的重要性更加突出。北京大学团队的此成果不仅展示了我国科研力量，也为半导体技术发展提供了新的可能。面向未来，持续创新并加强交流合作，仍是实现关键突破的重要路径。围绕尖端芯片技术的竞争仍在推进，中国也将继续在其中贡献思路与成果。