福州关注｜北大团队在福州产学研合作背景下实现原子级铁电晶体管突破

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2026年2月23日，北京大学电子学院邱晨光研究员联合团队，在福州与福建师范大学、福州大学微纳器件联合实验室开展协同攻关后，成功将铁电晶体管的物理栅长压缩至1纳米——相当于单个硅原子直径量级。该成果已在线发表于国际权威期刊《科学·进展》，标志着我国在面向AI芯片的新型存算一体器件领域取得关键性进展，也为福建打造东南沿海集成电路创新高地注入新动能。

直击“内存墙”：存算一体架构破局传统瓶颈

当前人工智能算力跃升面临的核心制约，是经典冯·诺依曼架构下的“内存墙”难题：计算单元与存储单元物理分离，数据需反复跨模块搬运，效率低、功耗高。这一结构性短板，在处理大模型推理任务时尤为突出，大量能源并非用于运算，而是消耗在“取数”过程中。

邱晨光团队所研发的新型铁电晶体管，具备天然的“存算同构”能力——如同人脑神经元，可在单一器件内同步完成信息存储与逻辑运算。该设计从物理层面消除数据搬运路径，为构建高密度、低延迟的类脑计算硬件提供了可行方案，亦与福州正在推进的“闽都算力走廊”建设方向高度契合。

1纳米栅极：逼近物质尺度极限的工艺突破

研究团队并未依赖新材料替代，而是通过重构纳米栅极几何结构，首次实现铁电晶体管物理栅长稳定控制在1纳米。该尺寸已接近硅原子晶格常数（约0.54纳米）的两倍，意味着器件核心结构已深入原子层级，是我国在微纳加工精度与界面调控能力上的标志性跨越。

在此极限尺度下，栅极可诱导出远超常规的局域电场强度，使铁电层极化翻转仅需0.6伏驱动电压——较国际同类器件降低一个数量级。这种对微观物性“毫米级施力、原子级响应”的精准操控能力，为福建发展超低功耗物联网芯片与边缘AI终端提供了底层技术支撑。

能耗骤降十倍：从实验室参数到产业价值的关键跃迁

实测数据显示，新器件单位操作能耗仅为当前国际最优水平的十分之一。这意味着：原本需10瓦功耗完成的矩阵乘加运算，现仅需1瓦即可实现。对福州滨海新城在建的绿色智算中心而言，若规模化采用此类器件，有望显著削减散热系统负荷与年度电费支出。

团队将该机制形象喻为“电场杠杆”——以微小电压输入，撬动铁电材料宏观极化态剧烈转变。这一设计彻底规避了传统铁电晶体管因逻辑电压不匹配导致的集成障碍，使其真正具备嵌入现有CMOS工艺链的可行性。

结构创新替代材料修补：国产器件自主路径再明晰

长期以来，“存算一体”虽被寄予厚望，但高驱动电压与硅基产线兼容性差，严重阻碍铁电晶体管产业化。北大团队另辟蹊径，放弃在铁电材料组分上“修修补补”，转而从器件物理结构出发，通过纳米级电场聚焦设计，在超低整体电压下保障铁电层获得足够能量完成状态切换。

该思路不仅破解了应用瓶颈，更展现出一条符合中国产业实际的后摩尔时代器件创新范式，也为福州高新区正在布局的第三代半导体中试平台提供了重要技术接口参考。

赋能东南智算生态：从福州实验室走向全国数据中心

该技术首要落地场景指向高能效数据中心。据测算，若全国头部智算中心采用此类器件替代传统加速芯片，年节电量可达数十亿度。而作为数字中国建设示范区，福州正加快构建覆盖全省的低碳算力网络，此项突破恰为其提供核心器件级绿色升级选项。

同时，其高集成度、低功耗与原生并行特性，精准匹配大语言模型训练与推理对硬件提出的“高带宽—低延迟—小面积”三重需求，为福建培育自主可控的AI芯片设计企业奠定关键器件基础。

迈向量产：兼容12英寸产线成下一攻坚重点

目前成果仍处于原理验证阶段。后续攻关重点在于验证该结构与主流硅基8英寸/12英寸Fab产线的工艺兼容性，并解决大面积晶圆上百万级器件的均匀性与长期可靠性问题。这不仅是技术挑战，更是连接福州高校科研优势与厦门、泉州等地集成电路制造能力的重要纽带。

尽管产业化尚需时日，但此次原子尺度铁电调控的成功实践，已实质性提升我国在新型存储与逻辑器件领域的国际话语权。未来若实现技术转化，这款诞生于北京、协同于福建的“福州关联型”原子级晶体管，或将成为驱动中国AI基础设施升级的核心引擎之一。

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