2月23日，北京大学电子学院传来重磅喜讯，该院邱晨光研究员团队创造性地制备出迄今尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管，将其物理栅长成功缩减至1纳米极限，一举打破传统技术瓶颈，为下一代高算力AI芯片的发展奠定关键基础。相关研究成果已在线发表于国际顶级期刊《科学·进展》（Science Advances），彰显了我国在半导体核心器件领域的自主创新实力。

当日，邱晨光研究员在介绍该成果时表示，团队此次研发的纳米栅铁电晶体管，不仅在尺寸上实现历史性突破，更在功耗控制上达成跨越式提升，有望彻底解决当前AI芯片算力提升与能耗过高的核心矛盾，为AI芯片算力和能效升级提供核心器件支撑。

据悉，铁电晶体管（FeFET）作为兼具存储与计算双重功能的新型器件，被业内视为神经形态计算领域最具潜力的基础器件，其“存算一体”的特性如同人脑神经元，可打破传统计算架构中“存储与计算分离”导致的效率瓶颈，有效破解AI算力普遍面临的“内存墙”问题——即数据在存储与运算单元之间的搬运，占用了AI大模型推理过程中超70%的能耗与延迟。然而，传统铁电晶体管长期受困于能耗过高、逻辑电压不匹配等短板，尤其是铁电材料“改变极化状态”需依赖高电压驱动，严重限制了其在AI芯片等领域的大规模应用。

为攻克这一行业痛点，北京大学邱晨光研究员—彭练矛院士团队历经长期攻关，创新性地采用纳米栅极结构设计，巧妙解决了铁电材料极化反转需高电压高能耗的核心难题。“纳米栅的设计就像是对电场进行了‘杠杆放大’，能够以极低的电压代价，驱动铁电材料发生极化反转。”邱晨光研究员解释道，团队通过精进工艺，将铁电晶体管的物理栅长缩减至原子尺度的1纳米极限，使铁电层内部形成高强度电场，仅需0.6V超低电压即可激发极化反转，从物理机制上实现了能耗的跨越式降低。

这一技术突破的核心价值尤为突出：该纳米栅铁电晶体管的能耗比目前国际最好水平整整降低了一个数量级，能耗低至0.45 fJ/μm，同时实现了存储器件工作电压低于主流逻辑芯片的历史性突破，彻底抹平了二者之间的电压鸿沟，未来可让AI芯片彻底摆脱冗余的升降压电路，大幅提升数据传输效率。此外，该器件还打破了传统半导体“尺寸越小、性能越差”的微缩魔咒，实现了尺寸缩小与存储性能同步提升的反常效应，为亚1纳米节点芯片发展提供了全新物理机制支撑。

从应用前景来看，这款兼具超小尺寸、超低功耗特性的铁电晶体管，应用场景十分广泛。邱晨光研究员表示，其不仅能为构建高能效数据中心提供核心器件方案，缓解大型数据中心高能耗的行业痛点，更能为发展下一代高算力人工智能芯片奠定关键技术基础，助力端侧AI、人形机器人、高端算力等热门领域的技术突破——极致的能效表现，可打破手机、可穿戴设备等终端设备的电池与散热限制，让复杂AI大模型在终端本地运行成为现实。

据悉，该研究成果已完成实验室层面的核心技术验证，并布局了3项核心发明专利，完成了底层技术的知识产权保护，后续将逐步推进晶圆级工艺验证与IP核开发，对接国内主流晶圆厂开展小批量试产，预计3-5年内可在边缘AI终端、物联网设备等场景实现规模化商用落地，长期有望渗透至高端AI计算芯片领域，重构全球AI芯片的底层技术格局。

业内人士评价称，北大团队此次在铁电晶体管领域的重大突破，不仅填补了我国在亚1纳米级核心器件领域的技术空白，更打破了全球半导体产业对高端光刻工艺的过度依赖，为我国芯片产业绕过高端光刻卡点、实现自主可控提供了全新技术路径，对推动我国半导体产业自主创新、提升全球竞争力具有重要意义。

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