随着人工智能技术的高速发展，高算力系统面临着前所未有的能效瓶颈。作为新型非易失性存储技术的有力竞争者，铁电存储器凭借高速读写、低功耗以及优异的数据保持能力，有望突破传统存储架构的限制。然而，超薄铁电薄膜器件中性能出现严重退化，制约了铁电器件在三维集成芯片中的应用推广。

针对这一难题，山东大学信息科学与工程学院陈杰智教授、武继璇研究员联合新加坡国立大学龚萧教授团队，创新性提出基于氧空位调控的超薄铁电器件三维集成新方案，通过高温电场诱导循环技术，首次在3nm铁电薄膜电容中实现2P_r>40μC/cm²，展示了优异的存储性能，并通过实验表征与理论计算揭示了氧空位在铁电相转变过程中的关键机制：高温电场诱导循环可以有效促进氧空位生成，降低铁电相与反铁电相之间的自由能差，进而可以实现反铁电相向铁电相的稳定转变，并最终获得高性能铁电特性。该成果阐明了超薄铪基铁电薄膜的物理机制，为发展超低功耗存储芯片提供了重要技术支撑。

该成果以“Record-highP_r(2Pr > 40μC/cm²) in 3 nm (Physical) Ferroelectric HZO Annealed at 450℃: High-T (85℃) Electrical Cycling and Oxygen Vacancy Engineering”为题在2025 VLSI Symposium大会发表，并获得VLSI Technology的“Best Demo Paper Award”奖项（每年仅颁发一项成果），这是国内第二次，也是山东大学首次斩获该奖项。山东大学信息科学与工程学院2021级直博生冯扬及新加坡国立大学博士生王啸林为共同第一作者，陈杰智教授、武继璇研究员与新加坡国立大学龚萧教授为共同通讯作者。

图1、高性能超薄3 nm铁电存储器及关键机理

以上研究工作得到了科技部重点研发计划项目，国家基金委重点项目、重大研究计划项目、山东大学齐鲁青年学者以及国家公派留学基金等科研项目的资助。

VLSI Symposium（超大规模集成电路国际研讨会）与IEDM（国际电子器件会议）是集成电路微电子器件与工艺领域中最具权威性、影响力最高的两个国际顶级会议，也是世界半导体产业界各知名企业和学术机构报告其最新研究成果和技术突破的主要窗口和平台。每年Intel、IBM、Samsung、IMEC和TSMC等国际知名半导体公司以及世界知名高校都在VLSI和IEDM会议上发布各自最新研究进展