動態隨機存儲器（DRAM）是存儲器領域中的一個重要分支。基于銦鎵鋅氧（IGZO）晶體管的2T0C無電容DRAM，有望突破傳統1T1C-DRAM的微縮限制、高刷新率等問題。但相比傳統的1T1C結構，2T0C-DRAM仍存在諸多挑戰：由于其讀字線與寫字線位于讀晶體管的源漏端，存在潛在的電流分享路徑，不利于讀寫操作；兩條獨立的讀/寫位線使得電路布局布線更復雜，需要更復雜的外圍電路控制讀寫；在陣列級的DRAM上，讀字線存在嚴重的IR Drop問題，限制了陣列規模。
針對2T0C-DRAM的上述缺陷，微電子所微電子重點實驗室劉明院士團隊與超弦存儲研究院趙超研究員團隊聯合研發出基于高性能雙柵IGZO晶體管的新型雙柵結構2T0C-DRAM。器件層面上，通過微縮柵介質等效氧化層厚度和半導體厚度來提高器件的柵控能力，并進一步優化金屬半導體接觸，降低了器件的接觸電阻，實現了性能優異的雙柵a-IGZO短溝道晶體管，其中溝道長度LCH=13.9 nm，亞閾值擺幅SS=76.8 mV/dec, ION=1500 μA/μm @（VDS=1V，VGS-VTH=3V）。電路層面上，提出了雙柵2T0C-DRAM新結構，利用雙柵的兩個柵端分別完成數據存儲和讀寫操作控制，基于柵端控制讀寫的優勢，這種雙柵2T0C-DRAM的讀寫更具靈活性、讀字線可免于IR Drop問題、讀寫可共享一條位線。實驗制備的雙柵2T0C-DRAM能夠實現大于300 秒的保持時間、大于100的讀“1”與讀“0”電流開關比。
基于該成果的文章“First Demonstration of Dual-Gate IGZO 2T0C DRAM with Novel Read Operation, One Bit Line in Single Cell, ION=1500 μA/μm@VDS=1V and Retention Time>300s”入選2022 IEDM，并獲選Top Ranked Students文章。微電子所博士生盧文棟、超弦存儲研究院朱正勇研究員和微電子所博士生陳楷飛為第一作者，微電子所楊冠華副研究員、李泠研究員以及超弦存儲研究院趙超研究員為通訊作者。
圖1單柵與雙柵2T0C-DRAM結構及優勢對比
圖2短溝道雙柵晶體管光學顯微圖、SEM圖以及轉移輸出曲線
圖3雙柵2T0C-DRAM示意圖以及保持時間測試
綜合信息