客户成果丨新加坡国立大学《Nature Materials》最新进展：托托科技无掩模光刻机助力团队实现高性能AlScN电场驱动相变存储器

近日，新加坡国立大学陈景升课题组联合浙江大学田鹤课题组在新型非易失存储器领域取得重要进展。相关成果以“A nitride-based non-volatile memory enabled by electric-field-induced phase transition”为题发表在国际顶级期刊 Nature Materials 上。

一、研究背景与创新点

随着人工智能、大数据和物联网的快速发展，信息存储与处理对低功耗、高速度和高可靠性的要求日益提升。传统存储器面临“存储墙”问题，亟需发展新型非易失存储技术。本工作基于AlScN材料体系，提出了一种电场驱动相变存储器。该器件实现了超低工作电压 (<0.3 V)、超快擦写速度 (~3 ns)、超低能耗 (fJ/bit级)以及高温环境下稳定运行。更重要的是，该工作揭示了一种全新的电场诱导纤锌矿-岩盐相变机制，为下一代高性能存储器提供了新的设计思路。

二、研究内容与关键结果

（1）器件基本结构与电学行为

本研究构建了Pt/Al1-xScxN/Pt三明治结构存储器，通过调控Sc组分实现优异电学性能。I-V电气特性测试表明，Sc含量为30%的器件展现出最低的开关电压（<0.3 V），表明其为最优的Sc掺杂水平，其原因是30% Sc恰好处于两相的热力学边界，相变势垒最低

图1. 不同Sc含量Pt/Al1-xScxN/Pt器件的XRD表征和基本电学特性。

（2）高性能存储参数

通过直流与脉冲测试，器件表现出优异的存储性能，包括超低工作电压 (<0.3 V)，超快写入/擦除速度(~3 ns)以及单次开关能耗低至几十飞焦(fJ)。器件无需forming过程，且器件间一致性高、波动小。

图2. Pt/Al0.7Sc0.3N/Pt器件优异的存储特性。

（3） 高温稳定性与可靠性

在高温环境（最高达583 K）下，器件仍表现出超过108次循环寿命；长时间数据保持能力（>106 s）以及稳定的开关行为。

图3. Pt/Al0.7Sc0.3N/Pt器件高温电学性能。

4）原位TEM揭示相变机制

通过原位透射电子显微镜（TEM）表征，首次直接观察到电场驱动下AlScN由纤锌矿相（高阻态）转变为岩盐相（低阻态）。 该机制不同于传统基于导电细丝或热效应的存储机理。此外，该研究还发现电场诱导相变可能是氮化物铁电器件中漏电问题的重要来源之一，为理解并优化AlScN铁电存储器提供了新的物理视角。

图4. Al0.7Sc0.3N薄膜内可逆相变区域的原位表征。

该工作通过使用TuoTuo Technology的无掩模光刻机完成了所有AlScN器件的制备工作。

三、 作者与合作信息

该工作由新加坡国立大学陈景升课题组联合浙江大学田鹤课题组完成。新加坡国立大学曾涛博士（现为东北师范大学教授）为论文第一作者，浙江大学刘中然教授、新加坡国立大学顾有地博士（现为宁波材料所副研究员）、新加坡国立大学党丙杰博士为论文共同第一作者。新加坡国立大学陈景升教授、浙江大学田鹤教授、新加坡国立大学龚萧教授为论文通讯作者。本研究还得到了托托科技无掩模紫外光刻机的技术支持，为器件制备提供了关键技术保障，助力团队实现高精度实验器件加工。

四、论文链接

https://doi.org/10.1038/s41563-026-02565-y