北大再破世界紀錄！1納米柵極鐵電晶體管問世，電壓效率暴漲125%，后摩爾時代迎來中國方案

近日，國際頂級學術期刊《科學·進展》刊發(fā)了一項來自北京大學電子學院彭練矛院士、邱晨光團隊的重磅成果：

全球首款1納米物理柵長鐵電晶體管研制成功，在極低電壓下實現(xiàn)極致功耗控制，電壓效率直接提升125%，創(chuàng)下鐵電器件領域全新世界紀錄。

這不僅是芯片基礎研究的重大突破，更為后摩爾時代的低功耗芯片、存算一體、AI算力硬件提供了一條全新的“中國路徑”。

一、什么是1納米柵極？為什么它如此重要？

在芯片領域，柵長直接決定晶體管的尺寸、速度與功耗。

目前全球最先進的量產(chǎn)工藝已逼近2nm，而真正卡在物理極限的，正是柵極尺寸無法無限縮小。

傳統(tǒng)鐵電晶體管有一個致命痛點：

想要讓鐵電材料極化翻轉(zhuǎn)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，必須施加較高電壓，導致功耗高、發(fā)熱大，一旦尺寸縮小，性能會急劇惡化。

北大團隊給出的答案是：

把柵極直接縮到1納米物理長度，利用尖端“電場匯聚效應”，用極小電壓激發(fā)出極強的局部電場，四兩撥千斤地驅(qū)動鐵電翻轉(zhuǎn)。

簡單說：

以前是“大力出奇跡”，現(xiàn)在是精準控電場。

二、性能有多強？一組數(shù)據(jù)看懂全球第一

這項1納米鐵電晶體管，直接刷新多項紀錄：

- 物理柵長：1nm（全球最小鐵電晶體管）

- 工作電壓：0.6V（低于當前主流芯片電壓）

- 單位能耗：0.45fJ/μm（比現(xiàn)有最優(yōu)水平低兩個數(shù)量級）

- 電壓效率：提升125%，突破鐵電材料理論極限

- 工藝兼容：可直接對接現(xiàn)有CMOS產(chǎn)線，具備量產(chǎn)潛力

它實現(xiàn)了更小尺寸、更低電壓、更低功耗、更高可靠性的四重突破，是真正意義上的下一代存儲與計算核心器件。

三、和現(xiàn)有主流鐵電晶體管相比，優(yōu)勢到底在哪？

為了讓你更直觀理解，我把它與當前行業(yè)最先進的HfO?基鐵電晶體管做一次簡明對比：

1. 尺寸極限

- 現(xiàn)有主流：柵長多在幾十納米級別

- 北大1nm：直接進入亞1nm終極尺度，逼近硅基物理極限

2. 工作電壓

- 現(xiàn)有主流：普遍 ≥ 0.7V

- 北大1nm：0.6V即可穩(wěn)定工作，更低電壓=更低功耗

3. 功耗水平

- 現(xiàn)有主流：微瓦/納瓦級

- 北大1nm：飛焦級超低能耗，差距達到100倍以上

4. 核心機制

- 現(xiàn)有主流：靠高電壓強行極化翻轉(zhuǎn)

- 北大1nm：電場匯聚增強，小電壓實現(xiàn)強操控，原理更先進

5. 產(chǎn)業(yè)化前景

- 現(xiàn)有主流：工藝復雜、集成難度高

- 北大1nm：兼容標準CMOS工藝，可量產(chǎn)、可落地

可以說，這不是簡單的性能提升，而是底層原理的代際跨越。

四、這項技術，將改變哪些行業(yè)？

1nm柵極鐵電晶體管，不是實驗室里的“花瓶技術”，它將直接影響未來5–10年的芯片格局。

? 手機與可穿戴設備

更低功耗意味著超長待機、更強續(xù)航、更冷靜的機身，未來智能手表、耳機、AR/VR設備將迎來續(xù)航革命。

? AI與邊緣計算

存算一體架構將真正落地，AI推理功耗大幅下降，端側(cè)智能更強大、更省電。

? 數(shù)據(jù)中心與超算

解決算力暴漲帶來的能耗危機，讓高密度、低功耗AI芯片成為可能。

? 物聯(lián)網(wǎng)與智能硬件

海量傳感器、智能終端可以做到微安級功耗，真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

在后摩爾時代，當制程逼近物理極限，新材料、新結構、新原理才是真正的勝負手。

五、中國芯片，正在從“跟跑”走向“領跑”

彭練矛院士團隊長期深耕碳納米管、超低功耗器件、后摩爾器件領域，此次1納米鐵電晶體管的突破，再次證明：

中國在芯片基礎研究與原創(chuàng)器件領域，已經(jīng)具備世界一流實力。

更重要的是，該技術擁有完全自主知識產(chǎn)權，核心專利、設計方案、工藝路線均由北大團隊獨立完成，不受外部限制。

從實驗室走向產(chǎn)業(yè)，預計3–5年可逐步實現(xiàn)商業(yè)化落地。