北大再破世界纪录！1纳米栅极铁电晶体管问世，电压效率暴涨125%，后摩尔时代迎来中国方案

近日，国际顶级学术期刊《科学·进展》刊发了一项来自北京大学电子学院彭练矛院士、邱晨光团队的重磅成果：

全球首款1纳米物理栅长铁电晶体管研制成功，在极低电压下实现极致功耗控制，电压效率直接提升125%，创下铁电器件领域全新世界纪录。

这不仅是芯片基础研究的重大突破，更为后摩尔时代的低功耗芯片、存算一体、AI算力硬件提供了一条全新的“中国路径”。

一、什么是1纳米栅极？为什么它如此重要？

在芯片领域，栅长直接决定晶体管的尺寸、速度与功耗。

目前全球最先进的量产工艺已逼近2nm，而真正卡在物理极限的，正是栅极尺寸无法无限缩小。

传统铁电晶体管有一个致命痛点：

想要让铁电材料极化翻转、实现数据存储，必须施加较高电压，导致功耗高、发热大，一旦尺寸缩小，性能会急剧恶化。

北大团队给出的答案是：

把栅极直接缩到1纳米物理长度，利用尖端“电场汇聚效应”，用极小电压激发出极强的局部电场，四两拨千斤地驱动铁电翻转。

简单说：

以前是“大力出奇迹”，现在是精准控电场。

二、性能有多强？一组数据看懂全球第一

这项1纳米铁电晶体管，直接刷新多项纪录：

- 物理栅长：1nm（全球最小铁电晶体管）

- 工作电压：0.6V（低于当前主流芯片电压）

- 单位能耗：0.45fJ/μm（比现有最优水平低两个数量级）

- 电压效率：提升125%，突破铁电材料理论极限

- 工艺兼容：可直接对接现有CMOS产线，具备量产潜力

它实现了更小尺寸、更低电压、更低功耗、更高可靠性的四重突破，是真正意义上的下一代存储与计算核心器件。

三、和现有主流铁电晶体管相比，优势到底在哪？

为了让你更直观理解，我把它与当前行业最先进的HfO₂基铁电晶体管做一次简明对比：

1. 尺寸极限

- 现有主流：栅长多在几十纳米级别

- 北大1nm：直接进入亚1nm终极尺度，逼近硅基物理极限

2. 工作电压

- 现有主流：普遍 ≥ 0.7V

- 北大1nm：0.6V即可稳定工作，更低电压=更低功耗

3. 功耗水平

- 现有主流：微瓦/纳瓦级

- 北大1nm：飞焦级超低能耗，差距达到100倍以上

4. 核心机制

- 现有主流：靠高电压强行极化翻转

- 北大1nm：电场汇聚增强，小电压实现强操控，原理更先进

5. 产业化前景

- 现有主流：工艺复杂、集成难度高

- 北大1nm：兼容标准CMOS工艺，可量产、可落地

可以说，这不是简单的性能提升，而是底层原理的代际跨越。

四、这项技术，将改变哪些行业？

1nm栅极铁电晶体管，不是实验室里的“花瓶技术”，它将直接影响未来5–10年的芯片格局。

✔ 手机与可穿戴设备

更低功耗意味着超长待机、更强续航、更冷静的机身，未来智能手表、耳机、AR/VR设备将迎来续航革命。

✔ AI与边缘计算

存算一体架构将真正落地，AI推理功耗大幅下降，端侧智能更强大、更省电。

✔ 数据中心与超算

解决算力暴涨带来的能耗危机，让高密度、低功耗AI芯片成为可能。

✔ 物联网与智能硬件

海量传感器、智能终端可以做到微安级功耗，真正实现万物互联。

在后摩尔时代，当制程逼近物理极限，新材料、新结构、新原理才是真正的胜负手。

五、中国芯片，正在从“跟跑”走向“领跑”

彭练矛院士团队长期深耕碳纳米管、超低功耗器件、后摩尔器件领域，此次1纳米铁电晶体管的突破，再次证明：

中国在芯片基础研究与原创器件领域，已经具备世界一流实力。

更重要的是，该技术拥有完全自主知识产权，核心专利、设计方案、工艺路线均由北大团队独立完成，不受外部限制。

从实验室走向产业，预计3–5年可逐步实现商业化落地。