刷新世界纪录！中国攻克纤锌矿铁电存储器寿命瓶颈，后摩尔存储迎来重大突破

大家有没有想过，未来的芯片存储，能不能做到断电不丢数据、擦写速度飞快、还能反复擦写百亿次不坏？就在最近，西安电子科技大学郝跃院士团队，在国际顶刊《Science》发表重磅成果，首次彻底搞懂纤锌矿铁电存储器为什么会用坏，并且刷新该体系循环耐久的世界纪录，这是下一代非易失存储领域世界级难题的重要攻克。

基础信息

西安电子科技大学韩根全、周久人团队（郝跃院士领衔），2026年9月10日《Science》在线发表，9月11日面向全球公开成果。

通俗讲透核心突破

纤锌矿铁电材料，是现在全球都在争抢的下一代存储材料，它靠原子极化翻转来存数据，不用像闪存那样靠电荷存储，拥有速度快、功耗极低、可以三维堆叠集成的巨大潜力。但是过去全世界的科研团队都卡在同一个死穴：反复擦写之后器件很容易坏掉，寿命上不去，大家只看见器件坏了，却搞不清楚微观上到底是什么东西在搞破坏。

这个团队第一次揭开了背后元凶：氮空位团簇渗流迁移。
打个比方，材料薄膜好比一块田地，氮空位就是田地里缺掉的秧苗空位。每次通电擦写，电场就会推着这些空位到处乱跑，空位不断聚集、串联，最后串成一条贯穿薄膜的漏电通道，就像田地里出现一条贯通的水沟，直接造成器件漏电、击穿报废，存储信号也会慢慢衰减丢失。

找到病根之后，团队拿出两套组合方案：
第一，搭建AlScN/AlN超晶格结构，相当于在薄膜里面一层一层建起物理围栏，把乱跑的氮空位给限制住，不让它们长距离串联形成破坏通道；
第二，配套动态恢复协议，通过特定电压操作，打散局部扎堆聚集的空位，从能量层面抑制缺陷恶化。

测试核心数据：
在完整极化翻转的严苛标准下，该器件循环耐久突破＞10¹⁰次（百亿次），刷新纤锌矿铁电存储器的世界纪录。团队同时开展不同温度条件下的测试，在室温工况，器件同样实现超高循环次数，远高于此前全球行业水平。

国际对比、全球领先优势

在这项成果出来之前，全球所有纤锌矿AlScN铁电存储器件，满足完整极化翻转的前提下，普遍只能做到10⁷‑10⁸次循环，也就是千万到一亿次就会失效，美国、日本、欧洲各大高校、半导体实验室，全都卡在这个寿命瓶颈，没有办法突破。

本次中国团队做到了两个全球首创：
第一，全球首次完整揭示氮空位团簇渗流迁移是纤锌矿铁电器件失效的核心物理机制，把原子微观缺陷行为，和器件宏观损坏完整对应起来，给全世界同行提供了清晰的“缺陷地图”，属于底层机理上的重大原创发现。
第二，依靠超晶格+动态恢复的组合策略，在完整极化翻转的严苛标准下，把该体系循环耐久性能提升两个数量级，拿下世界纪录。

这项成果刚发表，相关的第三方独立学界评价还在逐步形成。该机理研究为整个纤锌矿铁电存储方向指明了可行的技术路线，后续全球科研同行可基于这套机理模型，继续开展器件优化研究。

关键应用场景，在未来芯片里起到什么作用

纤锌矿铁电存储器属于后摩尔时代非易失存储技术，摩尔定律走到工艺极限之后，传统闪存、内存越来越难继续缩小，这类新型存储就承担重要角色。

1. 嵌入式存储：可以直接集成在逻辑芯片内部，替代传统闪存。芯片断电之后数据不会丢失，擦写速度比闪存快很多，功耗大幅下降，适合物联网芯片、车载芯片、边缘计算芯片。
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2. 存算一体芯片：AI算力最大痛点就是“存储墙”，数据来回搬运消耗大量功耗。铁电存储可以做到存储和计算在同一个硬件单元完成，超高循环耐久是存算一体硬件的硬性要求，这次寿命突破，直接打通了铁电存算一体落地的关键门槛。
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3. 新型内存替代方案：有望成为新型非易失内存候选，兼顾断电保存、高速读写、超高反复擦写能力。
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4. 新型器件拓展：这套缺陷调控思路，还可以迁移到铁电晶体管、压电器件、射频器件等相关器件研发。

补充说明：目前该成果还处于实验室科研阶段，距离大规模产业化落地，还需要继续完成晶圆级工艺优化、可靠性长时间验证等工作。