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基于二维材料的铁电存算一体器件
资料介绍
一、研究背景与意义
随着人工智能、大数据和物联网技术的快速发展，传统冯·诺依曼架构中存储单元与计算单元分离设计带来的“内存墙”和“功耗墙”问题日益凸显，已经成为限制计算系统性能提升的主要瓶颈。存算一体技术通过将存储功能与计算功能融合在同一器件单元中，从架构层面打破冯·诺依曼瓶颈，能够大幅降低数据传输过程中的功耗延迟，提升计算并行度，成为下一代低功耗高性能计算技术的重要发展方向。
铁电材料凭借其可逆极化翻转特性，天然具备非易失性存储能力，同时极化状态的连续调控可以实现模拟信号处理，能够直接完成乘法累加等核心计算操作，是构建存算一体器件的理想材料体系。传统块体铁电材料存在超薄薄膜下极化不稳定、与CMOS工艺兼容性差等问题，难以满足器件高密度集成的需求。二维材料凭借原子级厚度、表面无悬挂键、带隙可调、易于异质结集成等独特物理化学性质，为开发高性能铁电存算一体器件提供了新的契机。近年来，二维铁电材料的实验发现和可控制备，以及二维材料与传统铁电薄膜异质结构建技术的快速发展，推动了基于二维材料的铁电存算一体器件领域的快速发展，为高密度、低功耗、高性能存算一体芯片的实现提供了全新的技术路径。
二、二维铁电材料基础
2.1 二维铁电材料的起源与分类
铁电性起源于材料中自发极化的存在，并且自发极化可以在外电场作用下发生翻转。对于传统三维铁电材料，其铁电性主要来源于阴离子位移和阳离子偏离中心对称位置产生的电偶极矩，当材料厚度降低到纳米尺度时，退极化场的增强会导致自发极化无法稳定存在，出现临界尺寸效应。二维材料的层状结构与弱层间范德华相互作用，使得原子级厚度的二维材料仍然可以保持稳定的结构，为突破传统铁电材料的临界尺寸限制提供了可能。
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| 基于二维材料的铁电存算一体器件.docx | 19K |
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