三星电子旗下先进技术研究院(Samsung Advanced Institute of Technology,SAIT)的研究团队在国际权威期刊《Nature》上发表了一篇题为《用于低功耗NAND Flash的铁电场效应晶体管》的研究报告。该报告提出了一种基于铁电场效应晶体管(FeFET)的新型3D NAND架构,成功将能耗降低高达96%。
现代NAND Flash在读取或编程单元时,垂直字线堆叠需施加通过电压。随着堆叠层数的增加,功耗问题逐渐凸显,成为制约性能的主要瓶颈。三星团队通过结合铪(Hf)基铁电材料与氧化物半导体通道,设计出近零通过电压(Vpass)操作的架构,显著降低了能耗。
研究人员指出,铁电晶体管具备宽记忆窗口和低于零的阈值电压,可支持多级操作,无需依赖传统充电陷阱NAND的高通过电压。实验中,团队在平面阵列中实现了每个单元五位的操作,并在四层垂直串中模拟了3D NAND几何结构。结果显示,基于铁电设计的286层设备在程序和读取能量方面比传统架构降低约94%,而在1,024层时,降幅超过96%。
此外,实验还验证了该架构的保持和循环性能。在平面形式下,铁电单元支持宽记忆窗口,但耐久性相对较低。PLC级配置可支持数百次循环,而QLC等效在室温和85°C下可接近一千次。不过,研究人员表示,要实现全面3D阵列的量产,还需进一步优化程序抑制方案和负电压生成技术。
目前,三星尚未透露基于该技术开发新产品的计划。这项研究更多被视为基础性探索,旨在为未来低功耗NAND技术铺平道路,超越现有的充电陷阱技术路线图。