计算能力每年都能呈现爆发式增长，很大程度上归功于芯片制造商在相同空间的硅芯片上塞入了越来越多的晶体管。然而基于硅基的芯片工艺正接近摩尔定律极限，因此人们正在探索新的材料，替代长期处于计算机行业核心的硅半导体。

宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的一个研究小组展示了在单个芯片上实际集成 RAM 和 ROM的方法，采用铁电场效应晶体管（FE-FET）器件将使芯片的空间效率更高，功能更强。

注：铁电效应——材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向，铁电材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。

FE-FET器件可以快速切换状态以进行计算，但也能够在不通电的情况下保持这些状态，使它们既可以作为 Serving RAM 也可以作为 ROM。而制造实用 FE-FET 器件存在诸多障碍，首先由于铁电材料的高温要求，这种最能显示必要的铁电效应的材料与大规模生产硅元件的技术不兼容。

在最近的一对研究中，他们证明了钪掺杂的氮化铝（AlScN），一种最近被发现表现出铁电性的材料，可以被用来制造 FE-FET 以及具有商业可行性的二极管-忆阻器型存储器。

FE-FET 器件的插图和电子显微图像（图自：宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院）

实验人员表示，由于 AlScN 可以在相对较低的温度下沉积，所以它代表了一种直接将存储器与逻辑晶体管结合起来的可能性，只需要一种方法将它与芯片结构的其他部分整合起来，最后他们使用单层二硫化钼（MoS2）作为基于 AlScN 的 FE-FET 器件的通道。

团队下一步是缩小他们的存储设备的尺寸。在他们的《Applied Physics Letters》论文中，他们展示了生产薄至 20 纳米的 AlScN 的能力，减少了设备的整体尺寸以及它所需的电压。

补充小科普：

为满足5G时代的需求，德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）开创性地开发出一种低功耗、高频、高带宽、紧凑的射频滤波器（RF filter），其中使用的压电材料就是AlScN，它目前是最有希望替代智能手机中射频滤波器所用氮化铝（AlN）的新材料。

通过在AlN中掺入钪（Sc），可以提高材料的机电耦合系数和压电系数，实现更有效的机械能-电能转换，从而提高射频元器件的工作效率。然而，纤锌矿型结构AlN和立方结构ScN通常会在生长过程出现分离，因此压电AlScN晶相的不稳定性一直是阻碍该材料商用的主要问题。

粉体圈小吉整理