隨著物聯網、人工智能及大數據分析技術的廣泛普及，現代信息系統對數據存儲容量與處理速度的需求正呈現出指數級增長的態勢。為了解決中央處理器與揮發性主存儲器之間由數據傳輸瓶頸引發的“存儲墻"問題，業界提出了近存計算與存內計算等創新架構，這對非揮發性存儲技術的高速化與低功耗化提出了更為嚴苛的要求。由于現有的揮發性主存儲器與傳統非揮發性存儲介質之間存在巨大的延遲鴻溝，不僅限制了系統的響應速度，更造成了顯著的能源浪費，因此開發一種既能實現納秒級讀寫，又具備可靠性并與互補金屬氧化物半導體工藝深度兼容的新型存儲方案，已成為當前半導體領域的研究重心。

盡管目前已有多種新興非揮發性存儲技術投入研究，但它們在實際應用中依然面臨著難以兼顧的性能瓶頸與技術挑戰。磁隨機存儲器受限于高寫入電流帶來的功耗與縮放難題，鐵電隨機存儲器則存在破壞性讀取及耐久性不足的缺陷。相變存儲器在狀態切換時需要電流來熔化材料，而氧化還原型阻變存儲器通常依賴復雜的預成型工藝，且因導電細絲形成的隨機性導致讀寫一致性較差。更為棘手的是，這些主流新興存儲技術在高溫環境下普遍會出現性能急劇惡化的問題，嚴重限制了其在工業控制及航空航天等高標準場景中的應用前景。

針對上述問題，由新加坡國立大學、浙江大學等組成的團隊利用澤攸科技的原位TEM測量系統進行了系統研究，通過在鋁鈧氮薄膜中利用電場誘導纖鋅礦與巖鹽礦結構間的可逆相變，成功研制出一種兼具納秒級開關速度、超低操作電壓高溫穩定性的新型非揮發性存儲器。

該研究開發了一種基于氮化鋁鈧材料的電場誘導相變存儲器，簡稱EPTRAM，為解決傳統非揮發性存儲器的功耗與耐用性瓶頸提供了新路徑。科研人員發現，通過精確調節鈧在鋁鈧氮合金中的摻雜比例，可以在納米薄膜中實現從高電阻纖鋅礦相到高電導巖鹽礦相的可逆轉變。這種新型機制不依賴于傳統阻變存儲器中隨機且不穩定的導電細絲，也不需要相變存儲器所需的大電流焦耳熱驅動，從而在根本上規避了結構隨機波動帶來的可靠性問題，為構建高一致性的存儲陣列奠定了堅實的物理基礎。

圖1 主要展示了不同Sc組分Al???Sc?N薄膜的晶體結構和基礎電學行為

在電學性能評估中該器件展現的綜合指標，特別是在極低電壓操作環境適應性方面實現了顯著跨越。實驗數據顯示，該存儲器在低于0.3伏的超低電壓下即可完成狀態切換，其寫入速度快至3納秒以內，且單位比特的操作能耗極低，優于絕大多數已報道的同類技術。更具突破性的是，該器件在583開爾文的高溫環境下依然能夠穩定運行，其寫入循環壽命超過一億次，這一指標比目前主流的新興非揮發性存儲器高出兩個數量級，充分證明了其在航空航天及工業電子等嚴酷工況下的巨大應用潛能。

圖2 集中展示了Pt/Al?.?Sc?.?N/Pt器件的核心性能指標

為了從原子尺度解析這一物理過程，研究團隊利用原位掃描透射電子顯微分析技術對相變區域進行了實時觀測。在此過程中，澤攸科技研發生產的原位樣品桿發揮了關鍵作用，它能夠為納米級薄膜提供穩定的電場激勵，并在透射電鏡內部同步采集高精度的電流電壓數據。借助該儀器的精密控制，科研人員得以直接觀察到纖鋅礦與巖鹽礦結構在電場驅動下的動態演變過程，排除了焦耳熱或機械應力的主導影響，確證了氮離子遷移誘導的相變是實現非揮發性存儲的核心科學原理，為理解三族氮化物的物理特性提供了新證據。

圖3 重點驗證器件在高溫環境中的工作可靠性

圖4 從原位TEM/SAED角度直接揭示了器件阻變的微觀機制

針對未來大規模集成的實際需求，該研究進一步探討了器件的微縮效應及其與主流半導體工藝的兼容性。研究通過有限元仿真與實驗驗證表明，當器件特征尺寸縮小至納米級時，局域電場的增強反而有助于提升相變效率，預示著其具備優異的擴展潛力。此外團隊成功構建了兼容互補金屬氧化物半導體的單晶體管單電阻架構，有效解決了存儲陣列中的串擾電流問題，為將這一電場誘導相變技術轉化為高性能、高密度的通用型存儲系統提供了切實可行的技術路線圖。

圖5 從綜合指標上評估EPTRAM相對于現有RRAM和PCM等技術的競爭力

FEI雙傾探針桿

澤攸科技專注于掃描電子顯微鏡、原位測量系統、臺階儀、納米位移臺、光柵尺、探針臺、電子束光刻機、二維材料轉移臺、超高真空組件及配件、壓電物鏡、等離子體化學氣相沉積系統等精密設備的研究，滿足國家在科學精密儀器領域的諸多空白。澤攸科技以自主知識產權的技術為核心，依托一支專業的研發與生產團隊，經過二十多年的技術積累，在半導體加工設備和材料表征測量領域已屬于國內頭部。公司承擔和參與了國家重點研發計劃、國家重大科研裝備研制項目等多個重量級科研項目，多次實現國內材料表征測量設備的“國產替代"，相關產品具有較好的國際聲譽、產品檢測數據被國際盛名期刊采納。