IEEE国际电子器件大会（IEDM）始于1954年，现已成为全球报道半导体及电子领域最新的科技、研发设计、制造、物理学及建模技术的主要论坛，旨在为产学研界的研究学者提供关于电子器件最新研究进展和研究成果的国际交流平台。 IEDM是微电子工艺与器件领域的两个顶级会议之一，通常在每年12月举行，另一个是每年夏天举办的VLSI会议。会议面向学术圈和各大半导体公司的研发人员，发布最新研究成果和业界进展。相对于学术圈的研究，业界顶尖公司报道的最新进展更受关注。可以说IEDM是微电子领域认可度最高档次的会议。
近日，2019 IEEE国际电子器件大会（IEDM）在美国旧金山召开。国内部分科研院所及高校在这个顶级IC会议上都有论文发表。其中中科院微电子所有3篇，北大微电子所6篇。
中科院微电子所：新型存储器件、模型及类脑计算方向取得突破性进展
在本届 IEDM 会上，中科院微电子所刘明院士科研团队展示了新型存储器件（选通管、可编程二极管）、负电容晶体管紧缩模型、类脑神经元器件电路的最新研究成果。
在存储器件方面，刘明团队提出了一种基于HZO铁电薄膜极性反转调制的电场可编程二极管及1T2D结构的电压输出存储单元（图1）。针对二进制神经元网络（BNN）应用，提出了一种基于2T4D XNOR单元的无CSA的BNN架构，其单元面积小（16 F2），效率高（387 TOPS / W）。
在器件模型方面，刘明团队提出了一种基于表面势的连续的负电容晶体管（NCFET）紧缩模型（图2）。该模型结合了多筹作用朗道理论、极化弛豫的时间特性和半经典玻耳兹曼输运理论，首次得到没有任何经验拟合参数的表面势解析解。模型与数值解和实验吻合，成功嵌入SPICE进行电路仿真，为NCFET的设计-技术协同优化(DTCO)提供了很好的帮助。
在类脑计算方面，刘明团队基于具有MIT转变的NbOx器件构建了一种1T1R结构的脉冲神经元电路（图3），其输出脉冲发放频率与输入电压关系满足ReLU激活函数。利用该神经元电路构建了320×10的网络，实现了模拟神经网络（ANN）到脉冲神经网络（SNN）的转换，摒弃了传统神经网络中ADC的使用。在MNIST库上实现了与ANN相当的识别率。
基于上述成果的3篇研究论文入选2019国际电子器件大会。第一作者分别为罗庆副研究员、赵莹博士、张续猛博士。三篇论文的通讯作者分别为吕杭炳研究员和刘明院士，李泠研究员和刘明院士，杨建华教授、刘琦研究员和刘明院士。
北大微纳电子学系：新型神经形态器件、器件的涨落可靠性、新型沟道材料晶体管取得进展
本届IEDM以北京大学信息科学技术学院微纳电子学系为第一作者单位的6篇论文发表。这6篇论文内容涉及新型神经形态器件、器件的涨落可靠性、新型沟道材料晶体管等多个学术前沿领域，详细介绍如下：
一、新型神经形态器件研究
受人脑运算模式启发构建的存算一体、高度并行的分布式事件驱动脉冲神经网络具有功耗低、能效高、学习速度快、泛化能力强等优势。然而，目前基于传统CMOS或新型器件实现的具备兴奋和抑制连接的随机神经元需要至少两倍于兴奋神经元的极高硬件开销，不利于高密度、大规模脉冲神经网络集成。黄如院士和黄芊芊研究员团队在国际上首次提出并利用铁电材料的极化翻转动态特性与本征随机特性设计且实验实现了超低硬件代价的兼备兴奋和抑制连接的随机神经元，仅需两个晶体管加一个电阻（传统CMOS实现方案至少需要两个电容加十六个晶体管）即可实现神经元兴奋和抑制信号的接收、响应以及神经元动态平衡行为，并保证了神经元的随机性。在此基础上，进一步演示了由该神经元构成的无监督脉冲神经网络在聚类和高精度推断任务中的应用潜力，为大规模、高集成的低功耗神经形态计算芯片奠定了重要基础。该工作以《面向脉冲神经网络的超低硬件开销兴奋与抑制连接Leaky-FeFET无电容随机脉冲神经元》（Capacitor-less Stochastic Leaky-FeFET Neuron of Both Excitatory and Inhibitory Connections for SNN with Reduced Hardware Cost）为题发表（博士生罗金为第一作者）。
基于闪存（flash memory）的存内计算技术能够实现存储计算融合，加速深度神经网络计算。为了进一步提升计算能效比和降低硬件开销，能够实现多比特权值存储的突触器件至关重要。针对闪存器件多比特权重存储的实现及保持特性的退化问题，黄鹏助理研究员和康晋锋教授团队从物理机制出发，提出了动态漏端电压编程方法实现精确、高效的突触权重存储，并对其保持特性的退化进行实验分析和物理建模，提出了新的突触单元结构和权重存储方式以改进基于多比特闪存的深度神经网络的可靠性。该工作以《面向深度神经网络的多比特闪存存储可靠性研究》（Storage Reliability of Multi-bit Flash Oriented to Deep Neural Network）为题发表（博士生项亚臣为第一作者）。
二、器件的涨落可靠性及应用研究
纳米尺度下的统计涨落以及含时可靠性问题成为制约器件及电路性能的主要原因之一，为实现高效而可靠的器件电路协同设计，刘晓彦和杜刚教授团队提出了基于缺陷行为的涨落及可靠性感知的协同设计方法，并对先进节点下的纳米片场效应晶体管及其不同电路应用进行成功展示。该方法利用基于缺陷行为的三维蒙特卡洛仿真器以及单缺陷映射建立了电学特性退化与电路操作的感知数据库，该数据库结合提出的延时模型可用于快速统计地预测电路延时演变以及潜在的关键路径筛选。该工作以《高效涨落及可靠性感知的器件电路协同设计：从缺陷行为到电路性能》（Efficient Variability- and Reliability- aware Device-Circuit Co-Design: From Trap Behaviors to Circuit Performance）为题发表（博士生陈汪勇为第一作者）。
可以利用阻变器件“天生”的涨落特性产生高效地产生随机数，实现随机计算。但是阻变器件作为随机数生成器存在转变概率不稳定且难以预测的问题，黄鹏助理研究员和康晋锋教授团队从阻变器件的本征涨落出发，分析了阻变器件转变概率不稳定背后的物理图像，建立了阻变器件概率转变特性模型，提出了阻变随机数生成器的优化操作方案，利用阻变器件产生了稳定的随机数流。该工作以《面向生成稳定准确的随机位流的阻变器件物理基概率转变模型》（A Physics-based Model of RRAM Probabilistic Switching for Generating Stable and Accurate Stochastic Bit-streams）为题发表（博士后赵钰迪为第一作者）。
三、新型沟道材料晶体管研究
超薄沟道宽禁带氧化物半导体具备优越的短沟道效应免疫能力，吴燕庆研究员和黄如院士团队成功制备了3.5 nm沟道厚度15 nm沟长的高性能超薄氧化铟锡晶体管，在0.5 V的工作电压下，其开态电流超过970 μA/μm，开关比接近10的11次方。此开态电流与开关比均远超同类器件。同时实现了单阶延迟为0.49 ns的五阶环形振荡器，为国际最好水平。工艺温度低于200摄氏度，与硅基集成电路后道工艺所兼容，可用于未来三维集成。该工作以《工作电压0.5 V开态电流超过970 μA/μm与开关比接近10的11次方的后道工艺兼容的15nm沟长超薄氧化铟锡晶体管》（BEOL Compatible 15-nm Channel Length Ultrathin Indium-Tin-Oxide Transistors with Ion = 970 μA/μm and On/off Ratio Near 1011 at Vds = 0.5 V）为题发表。
同样基于上述超薄沟道氧化铟锡沟道材料，吴燕庆研究员和黄如院士团队在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上制备了160 nm沟长的柔性射频器件，实测截止频率为2.1 GHz，最大振荡频率为3.7 GHz，性能为之前同类器件10倍以上。该器件在10mm弯曲半径下弯折五万次，在1mm弯曲半径下弯折一千次，其直流与射频特性仍能保持正常工作状态。该工作以《工作在极端弯曲条件下的高性能吉赫兹柔性射频晶体管》（High Performance Gigahertz Flexible Radio Frequency Transistors with Extreme Bending Conditions）为题发表。
以上论文的相关研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体、重点基金、优秀青年基金、国家重点研发计划、高等学校学科创新引智计划等项目的资助，以及北京大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室、微电子器件与电路教育部重点实验室等基地平台的支持。
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