文章总结： 中国科研团队通过控制氮空位迁移，将纤锌矿铁电材料写入耐久性提升至100亿次，较此前提升约100倍，为高耐久存储提供新思路，但距商业应用仍有距离。 综合评分： 75 文章分类： 其他

中国科学家让新型存储器写入超过100亿次，耐久性提升约100倍

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2026年10月3日 08:48 北京

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最近，一项来自中国科研团队的存储技术成果登上《Science》。研究人员通过重新设计材料结构，并控制材料内部一种非常微小的原子级缺陷，让纤锌矿铁电材料的电写入耐久性突破100亿次。在完整翻转条件下，器件仍能保持稳定工作。

这项研究由西安电子科技大学、香港城市大学和复旦大学等机构的研究人员共同完成。论文于2026年9月10日发表于《Science》，研究重点是解决纤锌矿铁电材料长期反复写入后容易失效的问题。相比此前约1亿次循环的耐久水平，这次实验实现了超过100亿次循环，相当于提升约100倍。

Science 官网截图

新型存储材料遇到的瓶颈

随着人工智能计算快速发展，存储器需要同时面对更高速度、更低功耗和更高写入耐久性的要求。铁电存储器一直是研究人员关注的方向，其中纤锌矿铁电材料具有较大的剩余极化，而且与现有半导体制造工艺具有较好的兼容潜力。

氮化铝钪（AlScN）就是其中具有代表性的一种材料。它能够利用铁电极化状态保存数据，在断电之后仍然可以保持信息，因此具备发展非易失性存储器的潜力。

不过，材料的长期可靠性一直是一个难题。过去的实验发现，这类器件在经过大量电写入之后，性能会逐渐下降，并最终出现击穿。研究人员进一步追踪后发现，问题并不只是来自宏观电学性能变化，而与材料内部的氮空位有关。

氮空位限域稳定缺陷拓扑实现纤锌矿铁电超高耐久性机理图 —— 图片来自西电要闻

破解失效机制的关键

所谓氮空位，就是晶格中原本应该存在氮原子的位置出现了缺失。这类缺陷在材料中并不罕见，但在持续电场作用下，它们并不会一直停留在原来的位置。

研究团队发现，反复进行极化翻转时，氮空位可能发生迁移和聚集，并逐渐形成有利于电流通过的缺陷通道。随着这种通道不断发展，漏电增加，最终可能导致材料发生介电击穿，器件的铁电性能也随之下降。

真正重要的突破就在这里。研究人员没有简单地把氮空位视为一种无法避免的材料缺陷，而是进一步研究它们在电场中的运动规律，并据此重新设计材料结构。

氮空位再分布和晶界连接渗流促使体相纤锌矿铁电AlScN击穿 —— 图片来自西电要闻

团队构建了AlScN/AlN超晶格结构，同时结合动态恢复机制，对氮空位的迁移和聚集进行限制。这样能够减少缺陷长距离移动形成连续通道的机会，从材料内部阻止失效过程不断扩大。

写入超过100亿次

经过结构优化后，研究人员实现了超过10¹⁰次，也就是100亿次的完整极化翻转，同时保持较高的剩余极化水平。

这个数字的意义在于，过去限制纤锌矿铁电存储器发展的重要问题之一，就是反复写入之后容易出现可靠性下降。如今通过控制氮空位运动，研究人员将器件耐久性从约10⁸次推进到了10¹⁰次以上，直接跨越了两个数量级。

AlScN/AlN超晶格中氮空位限域实现百亿循环耐久性 —— 图片来自西电要闻

对于未来存储技术而言，这种耐久性提升非常重要。写入次数增加后，铁电存储器能够覆盖更加频繁的数据更新场景，也为高密度、低功耗非易失性存储提供了更大的应用空间。

不过，从实验室成果到商业芯片仍然存在距离。实际产品还需要经过制造工艺、芯片规模化集成、长期可靠性以及成本等方面的进一步验证，因此目前更适合把它看作材料和器件层面的重要突破，而不是已经可以替代现有存储产品的新方案。

从材料缺陷入手解决存储寿命

这项研究值得关注的地方，不只是“100亿次”这个数字，更在于研究人员找到了材料失效背后的微观原因，并通过结构设计限制缺陷运动。

随着芯片不断缩小，存储器的性能和可靠性越来越受到材料内部微观结构的影响。一个氮原子的缺失、一次缺陷迁移，都可能最终影响整个器件的寿命。

此次研究为纤锌矿铁电材料解决耐久性问题提供了新的思路，也让高耐久铁电存储器距离实际应用又近了一步。对于未来AI计算而言，更高耐久、更低功耗的存储技术同样是提升整个计算系统效率的重要方向。

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