​三星FeFET 3D NAND突破：功耗降96%背后的存储低耗革命

顶级期刊发文：新型3D NAND破解高功耗瓶颈
三星电子研究团队近日在国际权威期刊《自然》发表突破性成果——基于铁电场效应晶体管（FeFET）的新型3D NAND架构，成功将能耗降低96%。这一研究由三星先进技术研究院（SAIT）主导，首次将铁电材料与氧化物半导体通道融合，通过近零通过电压作，彻底解决了现有3D NAND因堆叠层数增加导致的功耗飙升难题，为未来低功耗存储发展铺平道路。  
在传统3D NAND中，读取或编程单元时需对垂直字线堆叠施加“通过电压”（Vpass），层数越多，Vpass越高，功耗随之激增。三星团队创新性采用铪基铁电材料与氧化物半导体通道，利用铁电晶体管的宽记忆窗口与负阈值电压特性，实现多级作无需依赖高Vpass，从源头降低功耗。研究人员在平面阵列中验证了单单元五位作能力，并在四层垂直串模拟中，以25纳米中央栅极尺寸（与当前商业设备相当），构建了286层至1024层的3D NAND模型。  
能耗降幅惊人，商业化仍需跨越多重关卡
经建模测算，基于铁电设计的286层设备，在程序与读取能量上较同高度传统充电陷阱堆栈降低94%；1024层时降幅超96%——核心原因在于低通过电压大幅减少了充电泵的工作量（充电泵用于生成读写所需高压）。实验还验证了保持与循环性能：平面铁电单元支持五级编程，室温下QLC等效使用接近千次循环，高温（85°C）下PLC级可维持数百次循环。  
尽管成果显著，三星强调该研究属“基础研究”，距离商业化仍需突破多重技术瓶颈：一是需开发程序抑制方案与负电压生成技术，避免高密度存储下的干扰；二是氧化物通道在高温应力下的可靠性需进一步验证；三是3D阵列的集成工艺（如层间对准、材料兼容性）尚未成熟。目前三星无产品化计划，研究旨在为“超越当前充电陷阱路线图”的下一代低功耗NAND奠定基础。  
低功耗存储的战略意义：AI时代的“隐形刚需”
在AI与数据中心爆发式增长的背景下，存储功耗已成为制约算力提升的关键瓶颈。AI服务器需同时处理海量数据与复杂模型，存储系统功耗占比可达30%以上，低功耗NAND的突破将直接提升数据中心能效比，降低运营成本。  
三星此次研究的深层价值，在于为“层数竞赛”按下“减速键”——传统3D NAND通过堆叠层数提升容量，但功耗同步飙升，而FeFET架构以“低功耗+高容量”打破这一矛盾，使未来1TB以上大容量存储设备兼具高性能与低能耗。机构预测，若该技术商业化，AI数据中心的存储能耗或降低40%以上，助力全球“双碳”目标。  
对存储产业而言，三星的突破标志着“材料创新”取代“堆叠竞赛”成为技术主线，未来厂商竞争焦点或从“层数多少”转向“功耗多低”。尽管商业化尚需时日，但《自然》的背书已为低功耗存储指明方向——这场“静默的革命”，或将重塑AI时代的存储格局。