我国科学家研发全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片

沈涵 科技日报记者 王春

大数据与人工智能时代对数据存取性能提出极致要求，而目前速度最快的存储器为易失性存储器，速度为1-30纳秒，断电后数据会丢失。传统闪存不会轻易丢失数据，但工作效率落后于芯片算力10万倍以上。记者从复旦大学获悉，该校集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院周鹏-刘春森团队率先研发出全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片，解决了存储速率上的技术难题。相关研究成果于10月8日发表在学术期刊《自然》上。

这是复旦大学继“破晓（PoX）”皮秒闪存器件问世后，在二维电子器件工程化道路上再获里程碑式突破。今年4月，周鹏-刘春森团队于《自然》期刊提出“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒超高速非易失存储，这是迄今最快的半导体电荷存储技术，为打破算力发展困境提供了底层原理支撑。研究团队认为，若要加快新技术孵化，就要将二维超快闪存器件充分融入互补金属氧化物半导体（CMOS）传统半导体生产线。

然而，CMOS电路表面有众多元件，如同一个微缩“城市”，既有高楼也有平地；而二维半导体材料厚度仅1到3个原子，如“蝉翼”般纤薄脆弱，若直接将其铺在CMOS电路上，材料很容易破裂。如何将二维材料与CMOS电路集成且不破坏其性能，是团队需要攻克的核心难题。

“我们没必要去改变CMOS，而需要去适应它。”复旦大学集成电路与微纳电子创新学院副院长周鹏介绍，团队从具有一定柔性特点的二维材料入手，通过模块化集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再通过微米尺度的高密度单片互连技术实现完整集成，使芯片集成良率超过94%。

这一成果将二维超快闪存与成熟CMOS的工艺深度融合，攻克了二维信息器件工程化的关键难题，率先实现全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片的研发。产业界相关人士认为，这种芯片可突破闪存本身在速度、功耗、集成度上的平衡限制，未来或可在3D应用层面带来更大市场机会。

研究团队表示，下一步计划建立实验基地，与相关机构合作，建立自主主导的工程化项目，用3-5年时间将项目集成到兆量级水平。