在太空探索任务中，电子设备需要面对极强的辐射环境。高能粒子与宇宙射线不仅会干扰电路正常工作，还可能导致存储芯片中的数据发生翻转或永久损坏。因此，如何提升存储器的抗辐射能力，一直是航天电子领域的研究重点。传统NAND闪存由于采用浮栅电荷存储结构，在高能粒子轰击下存储电荷容易发生逃逸，导致数据错误，这些问题在深空探测、长期轨道运行等任务中尤为突出，难以满足对数据可靠性的苛刻要求。
美国佐治亚理工学院的研究团队日前在存储技术领域实现了显著突破。他们成功开发出一款新型NAND闪存，该闪存不仅能够高效处理人工智能任务，还能承受太空中的极端辐射，其抗辐射能力达到传统NAND闪存的30倍。相关成果已通过科技媒体对外公开。
铁电存储机制带来根本性变革
新型闪存与传统产品在存储原理上存在本质区别。它没有沿用浮栅电荷存储方式，而是采用了与硅工艺完全兼容的氧化铪材料，并利用该材料独特的铁电特性来保持数据。所谓铁电性，是指材料在一定的温度范围内会自发产生电极化，并且极化方向可以在外部电场的作用下发生翻转。通过控制施加电场的方向，研究人员可以在氧化铪薄膜中写入两种稳定的极化状态，分别对应数据的“0”和“1”。由于极化状态由材料内部的原子排列决定，不需要持续供电即可保持，因此属于非易失性存储。
这种基于极化状态的存储方式对辐射效应具有很强的抵抗能力。电荷存储器件之所以怕辐射，是因为高能粒子可以轻易地将存储的电荷“打散”或“移走”，导致数据损坏；而铁电存储中的极化状态依赖于材料晶体结构中的原子位移，辐射很难对其造成直接干扰。此外，氧化铪材料还有一个巨大的优势：它已经是半导体制造中广泛使用的绝缘材料，与现有的CMOS工艺线完全兼容。这意味着新型闪存在制造过程中可以直接沿用现有设备和技术，不需要进行大幅度的工艺更换，这对于未来的商业化量产至关重要。
辐射耐受性测试刷新纪录
为量化新型闪存的抗辐射能力，研究团队对其进行了严格的辐射暴露测试。测试数据显示，该铁电NAND闪存可以承受高达100万拉德的辐射吸收剂量。作为直观参照，一次常规的胸部X射线检查所产生的辐射量大约只有0.1毫拉德，因此100万拉德相当于累计进行了1亿次X射线照射。在这一极端条件下，新型闪存依然能够稳定地完成数据的写入、读取和保持操作，没有出现任何功能失效迹象。根据研究团队公布的数据，其辐射耐受性达到了传统NAND存储器的30倍，这一结果刷新了同类型存储器件的抗辐射能力纪录。
兼顾AI任务处理与多领域潜力
除了令人瞩目的抗辐射性能，这款新型闪存还具备一项与众不同的能力——高效处理人工智能任务。这意味着在满足高可靠数据存储需求的同时，该器件还能够在本地执行AI推理运算，这对于那些通信延迟高、环境辐射强的应用场景，如卫星自主导航、深空探测器实时数据分析等，具有十分重要的意义。研究团队特别指出，氧化铪铁电材料所拥有的独特性质决定了它不仅仅局限于存储领域。在信息存储、传感、人工智能以及新一代低功耗芯片等多个技术方向上，这种材料都展现出了极为广阔的应用前景。本次研发的新型NAND闪存，是铁电材料在上述领域应用潜力的一个早期示范。
目前来看，这款新型NAND闪存仍处于实验室研究阶段，距离正式的规模量产还有较长的路要走，还需进行大量的可靠性与耐久性测试。不过，氧化铪材料与标准CMOS工艺的兼容性已经为未来的技术转移和产业化铺平了道路。研究团队将继续优化器件结构，提升性能，为最终的实际应用做好准备。
本文参考来源：驱动之家新闻_最新新闻
