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铁电存储技术又有新进展。

据报道，中国科学家成功开发出一种无疲劳铁电材料，并在国际顶级学术期刊《Science》上发表了研究成果。

传统存储芯片因铁电材料存在读写次数限制，稳定性随使用时间推移而降低，这一问题长期制约着存储芯片的进一步研发和应用。

中国研究团队基于二维滑移铁电机制，开发出一种新型的二维层状滑移铁电材料（3R-MoS2），该材料制备的存储芯片有望突破读写次数限制，实现无限次读写。

该研究的核心在于利用"层间滑移"替代传统铁电材料的"离子移动"，通过AI辅助的跨尺度原子模拟分析，揭示了二维滑移铁电材料抗疲劳的微观物理机制。

下图所示为3R-MoS2铁电器件的抗疲劳性能分析。

实验表明，采用该材料制备的铁电芯片器件在经历400万次循环电场翻转极化后，电学曲线测量显示铁电极化仍未出现衰减。

此项技术不仅极大提升了存储芯片的可靠性和耐久性，还有助于降低成本，提升存储密度，未来有望在航空航天、深海探测等极端环境应用以及可穿戴设备、柔性电子技术等领域发挥重要作用。

铁电存储器（Ferroelectric memory）是一种将DRAM的快速读取写入和数据保留能力，与其他稳定存储设备的特点相结合的随机存取存储器。它不像DRAM和SRAM那样密集，但在低电能需求下存储速度快。

尽管它可能无法取代这些技术，但在小型设备中有广泛应用前景，如PDA、手机、功率表、智能卡和安全系统等。铁电存储器的发展始于1921年，1993年美国Ramtron国际公司成功推出首个4K位的FRAM产品。它的技术特点与浮动栅存储器不同，采用人工合成的铅锆钛材料，通过铁电畴在电场下的反转形成极化电荷来存储数据，具有非易失性、无擦写延迟、写入速度快、无限次写入寿命等优点。其原理是利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，具有非易失性和抗磁场干扰的特点。

铁电存储技术早在1921年提出，直到1993年美国Ramtron国际公司成功开发出第一个4K位的铁电存储器FRAM产品，所有的FRAM产品均由Ramtron公司制造或授权。FRAM有新的发展，采用了0.35um工艺，推出了3V产品，开发出“单管单容”存储单元的FRAM，最大密度可达256K位。

FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件诸如磁场因素的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。

FRAM的特点是速度快，能够像RAM一样操作，读写功耗极低，不存在如E2PROM的最大写入次数的问题。但受铁电晶体特性制约，FRAM仍有最大访问（读）次数的限制。

FRAM产品具有RAM和ROM优点，读写速度快并可以像非易失性存储器一样使用。因铁电晶体的固有缺点，访问次数是有限的，超出了限度，FRAM就不再具有非易失性。但是，并不是说在超过限度次数之后，FRAM就会报废，而是它仅仅没有了非易失性，但它仍可像普通RAM一样使用。

FRAM与E2PROM：FRAM可以作为E2PROM的第二种选择，它除了E2PROM的性能外，访问速度要快得多。但是决定使用FRAM之前，必须确定系统中一旦超出对FRAM的100万次访问之后绝对不会有危险。

FRAM与SRAM：从速度、价格及使用方便来看SRAM优于FRAM，但是从整个设计来看，FRAM还有一定的优势。假设设计中需要大约3K字节的SRAM，还要几百个字节用来保存启动代码的E2PROM配置。非易失性的FRAM可以保存启动程序和配置信息。如果应用中所有存储器的最大访问速度是70ns，那么可以使用一片FRAM完成这个系统，使系统结构更加简单。

FRAM与DRAM：DRAM适用于那些密度和价格比速度更重要的场合。例如DRAM是图形显示存储器的最佳选择，有大量的像素需要存储，而恢复时间并不是很重要。如果不需要下次开机时保存上次内容，使用易失性的DRAM存储器就可以。DRAM的作用与成本是FRAM无法比拟的，事实证明，DRAM不是FRAM所能取代的。

FRAM与Flash：最常用的程序存储器是Flash，它使用十分方便而且越来越便宜。程序存储器必须是非易失性的并且要相对低廉，且比较容易改写，而使用FRAM会受访问次数的限制，多次读取之后会失去其非易失性。

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