铁电环绕栅晶体管

打破玻尔兹曼极限

一种环绕式铁电栅架构的全二维晶体管，利用铁电极化实现超低功耗开关，为三维集成和神经形态计算提供紧凑硬件基础。

陈文洁 · 利英 · Zhao, Lei · 凌莉 · 霍能杰

ACS Nano 2026

参数信息

亚阈值摆幅

25.3 mV dec⁻¹

场效应迁移率

310 cm² V⁻¹ s⁻¹

面积缩减

50 %

手势识别准确率

92.71 %

技术优势

突破功耗极限

铁电负电容效应提供电压放大，使得亚阈值摆幅低至25.3 mV dec⁻¹，打破传统CMOS的60 mV dec⁻¹热力学极限，开启电压更小，功耗显著降低。

集成密度翻倍

单芯片三维集成逻辑电路（反相器和或非门）相比平面CMOS占地面积减少50%，让同样的面积集成更多功能。

神经元零外围

人工神经元模拟漏电流整合发放（LIF）行为，无需传统神经元所需的外部电容和复位电路，大幅降低能耗和硬件面积。

准确率达标

在脉冲神经网络中用于手势识别，在DVS128Gesture数据集上达到92.71%准确率，证明该器件能实际支撑神经形态计算任务。

应用场景

• 边缘计算芯片：用超低亚阈值摆幅晶体管做边缘端逻辑与计算，大幅降低动态功耗。
• 三维集成逻辑电路：把反相器和或非门等逻辑单元单片三维堆叠，面积比平面CMOS少一半。
• 神经形态视觉传感器：用无需电容的LIF神经元构建脉冲神经网络，在DVS128手势识别上达到92.71%。
• 物联网低功耗器件：器件突破玻尔兹曼极限实现超陡亚阈值摆幅，让物联网节点待机功耗更低。