研究团队突破下一代AI内存关键技术：无电容DRAM实现高集成与低功耗

国内研究团队成功证明了面向下一代人工智能（AI）时代所需的低功耗、高集成度内存技术的新可能性，取得了超越现有技术局限的重要成果。该团队克服了传统复杂结构内存的瓶颈，实现了无需独立电容器即可稳定存储数据的创新型下一代内存结构，即动态随机存取存储器（DRAM）。

韩国电子通信研究院（ETRI）近日宣布，其研究人员利用显示产业中广泛使用的氧化物半导体薄膜晶体管（TFT），成功开发出一种无需电容器即可存储数据的“双晶体管-零电容器”（2T0C）DRAM结构。该研究成果已发表于国际顶级学术期刊《先进科学》（Advanced Science）2025年3月3日的网络版。

这项被称为“无电容DRAM”的技术被视为下一代内存的重要发展方向。随着人工智能及数据驱动型计算时代的全面到来，该技术为内存技术指明了新的演进路径，并有望成为克服传统硅基DRAM固有结构局限性的替代方案。

目前商用的大多数DRAM采用“单晶体管-单电容器”（1T1C）结构，即一个晶体管与一个电容器协同工作来存储数据。其中，电容器起到存储电荷的小型空间的作用。然而，随着半导体器件尺寸不断缩小，电容器的制造难度显著增加，不仅导致工艺复杂化，也带来了功耗上升的问题。因此，业界迫切需要开发一种去除电容器的全新存储结构。但以往研究中，无电容结构往往存在数据保持时间短、稳定性差等难题。

为克服这些问题，研究团队将目光投向了“氧化物半导体”。氧化物半导体具有漏电流极小、能稳定保持电荷等特性，非常适合用于存储器件。团队采用添加了铝的铟锡锌氧化物（ITZO）材料制造晶体管，并通过一氧化二氮（N₂O）等离子体工艺，精确调控材料内部的缺陷状态。通过这一方法，他们成功减少了器件内部缺陷，并有效抑制了漏电流。

此外，团队还通过优化读取数据所用晶体管的沟道宽度与长度之比（宽长比，W/L），设计了使存储电荷不易流失的结构。最终，数据保持时间超过了1000秒，同时用于清晰区分“0”和“1”逻辑状态的“存储窗口”也提升了约13倍。这意味着该技术能够更长时间、更准确地存储数据，同时显著改善了2T0C DRAM中两项核心性能指标，极大提升了其实际应用的可能性。值得强调的是，本研究不仅实现了数据的长期保持，还同时优化了存储器运行的稳定性，这与以往的研究成果形成了鲜明对比。

韩国电子通信研究院柔性电子器件研究室南秀智博士表示：“我们证实了在显示领域发展起来的氧化物半导体技术同样可以应用于下一代存储器件。预计这项成果将在未来的三维半导体集成技术以及低功耗计算系统的实现中发挥重要作用。”

该研究的另一个重要意义在于，它突破了现有硅基DRAM技术的结构局限，展现了新型存储技术的广阔前景。特别是在人工智能时代，这项成果有望成为获取高集成度、低功耗存储技术的重要转折点。

据了解，本研究由科学技术联合大学院大学（UST）电子通信研究院校区的梁次焕硕士研究生担任第一作者，韩国电子通信研究院南秀智博士担任通讯作者。研究得到了韩国产业通商资源部“无机发光显示技术开发事业”和“电子通信研究院新概念先行研究事业”的资助。研究团队通过开发氧化物半导体材料、掌握关键工艺技术、进行电路设计及面板验证，已掌握了全流程技术，为下一代半导体技术奠定了坚实基础。