北大团队实现芯片领域重要突破
发布时间：2026-02-24 11:43:22来源：
2026年2月，北京大学电子学院邱晨光研究员—彭练矛院士团队传来重磅消息，在非易失性存储器领域取得具有里程碑意义的突破性进展，成功研制出国际上迄今尺寸最小、功耗最低的铁电晶体管，将铁电晶体管物理栅长缩减至1纳米极限，为后摩尔时代芯片发展提供核心器件支撑，相关研究成果以“Nanogate ferroelectric transistors with ultralow operation voltage of 0.6 V ”为题，在线发表于《科学·进展》（Science Advances）这一国际顶级学术期刊。
核心突破：打破技术桎梏，实现四重性能跨越
晶体管作为芯片的核心“积木”，其栅极尺寸、工作功耗直接决定芯片的性能与应用边界。此次北大团队的突破，核心在于创新提出“纳米栅铁电晶体管结构”和“纳米栅极电场增强机理”，彻底打破了传统铁电晶体管的性能瓶颈与理论认知局限。
团队通过精巧设计铁电存储的器件结构，将栅电极尺寸缩小到纳米极限尺度，利用纳米栅的尖端电场汇聚效应，在铁电层中构建了高度局域化的强电场汇聚区，有效放大局部电场强度，大幅降低铁电极化翻转电压，突破了常规平板铁电体的矫顽电压极限，打破了“低电压与高矫顽电场不可兼得”的固有认知。
一组关键数据彰显该成果的国际领先优势：器件工作电压仅需0.6V，首次将铁电存储电压降至与主流逻辑芯片（0.7V）相当的水平，无需额外升降压电路即可实现无缝集成；开关能耗低至0.45 fJ/μm，比国际已有最好水平降低一个数量级；物理栅长缩减至1纳米，仅相当于人类头发丝直径的八万分之一，逼近物理极限；存储速度接近1纳秒，且在万次擦写循环后性能几乎无衰减，实现了更小尺寸、更低电压、更低功耗、更高可靠性的四重跨越。
技术背景：破解行业痛点，直击“存储墙”难题
逻辑器件和存储器件是构建集成电路的两大底层元器件，分别构成芯片的“运算与控制中枢”和“数据仓库”，两者合计占据集成电路市场规模的70%以上。在摩尔定律的驱动下，逻辑晶体管通过制程微缩和架构迭代持续提升性能，当前业界已实现2纳米节点逻辑芯片量产，且可在0.7V低电压下工作。
与之形成鲜明对比的是，非易失性存储器几十年来性能发展相对滞后。主流的非易失性Flash存储技术难以微缩到先进节点，且需在5V以上高电压下完成数据擦写，这就导致现有芯片必须在逻辑单元和非易失存储之间集成升降压电路，不仅增加了芯片面积开销和能耗，更严重制约了数据交互效率。
尤其在现代AI芯片领域，架构核心在于数据流优化，逻辑与存储之间的电压不匹配直接导致数据交互不畅通，严重拖累AI芯片算力，同时大幅增加能耗——典型的AI芯片中，60%至90%的总功耗并非用于实际计算，而是消耗在数据搬运过程中。铁电晶体管作为后摩尔芯片技术中极具潜力的半导体存储器，凭借极化双稳态存储机制和三端晶体管结构，有望构建非易失性存算一体架构，破解“存储墙”难题，但传统铁电晶体管受限于物理特性，工作电压难以降至0.7V以下，无法匹配逻辑电压水平，这一痛点长期制约其产业化应用。北大团队的此次突破，正是精准直击这一世界性技术难题，为行业发展开辟了新路径。
应用前景：多领域赋能，产业化路径清晰
这项突破性技术并非实验室里的“前沿概念”，其利好覆盖消费电子、人工智能、物联网等多个核心领域，既关乎普通人的日常体验，也将推动相关产业向高能效、低消耗转型，同时为我国半导体产业“换道超车”提供重要支撑。
在人工智能与数据中心领域，该技术可有效缓解算力提升伴随的功耗激增矛盾，为下一代高算力AI芯片奠定关键技术基础，助力AI大模型的规模化应用和边缘计算的普及，同时大幅降低数据中心的能耗与散热压力，契合“绿色算力”发展需求。
在物联网与可穿戴设备领域，极低的功耗和微小尺寸使其适配对能耗、体积极度敏感的应用场景，未来搭载该技术的物联网传感器可在无外接电源的情况下长期运行，大幅降低部署与维护成本；而智能手机、智能手表等消费电子设备，续航能力有望实现翻倍，逐步接近“永不充电”的目标，同时芯片发热减少、体积缩小，让终端设备更流畅、更轻薄。
从产业化角度来看，该技术具备清晰的落地路径和良好的产业基础：其可完全兼容标准CMOS工艺，无需对现有半导体产线进行颠覆性改造，大幅降低了量产门槛和设备更新成本；团队已申请多项中国专利，形成了具有完全自主知识产权的结构和工艺技术体系，助力我国打破国外在新型存储领域的技术壁垒；国内已有企业在铁电存储器领域实现商用突破，为技术落地提供了产业支撑。业内专家判断，该技术从实验室成果到规模化商用，预计需3-5年时间，将遵循“先易后难、分场景落地”的原则，逐步覆盖物联网、消费电子、高端AI芯片等领域。
突破意义：从“跟跑”到“领跑”，筑牢产业自主根基
北大团队的此次突破，不仅是一项技术成果的刷新，更对我国半导体产业发展和全球芯片技术格局具有深远意义。在技术层面，该成果标志着我国在低功耗铁电晶体管领域已实现从“跟跑”到“领跑”的跨越，此前英特尔、台积电等国际巨头虽早有布局，但始终未能解决电压兼容等核心难题，而北大团队不仅刷新多项世界纪录，更形成了从材料创新到器件研发的完整技术链条，与国内相关团队的技术形成协同，进一步完善了我国在低功耗芯片领域的技术布局。
在产业层面，该技术将推动半导体产业从“制程竞赛”转向“能效竞赛”，带动上下游产业链协同升级，催生更多新型智能终端与应用场景，形成“技术突破—产业落地—场景创新”的良性循环；同时，自主知识产权的掌握，将助力我国构建自主可控的低功耗芯片产业链，减少对国外核心技术的依赖，提升我国在全球半导体产业中的话语权，为国家“芯片自强”战略提供重要支撑。
从科研精神层面，此次突破离不开团队深厚的学术积淀、跨学科协同创新，以及对极限挑战的勇于突破和“十年磨一剑”的工匠精神。团队融合材料科学、微电子学、物理学等多学科知识，依托国家科研项目支持和先进的实验平台，经过数千次实验优化，最终实现工艺突破，彰显了我国科研工作者在核心技术领域深耕细作、奋勇争先的责任与担当，也为青年人才投身科技创新指明了方向——关注国家战略与科技前沿，夯实基础学科素养，注重实践创新与团队协作，才能在关键核心技术领域实现突破，助力国家科技自立自强。
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