我國科學家研發全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片

沈涵 科技日報記者 王春

大數據與人工智能時代對數據存取性能提出極致要求，而目前速度最快的存儲器為易失性存儲器，速度為1-30納秒，斷電後數據會丟失。傳統閃存不會輕易丟失數據，但工作效率落後於芯片算力10萬倍以上。記者從復旦大學獲悉，該校集成芯片與系統全國重點實驗室、集成電路與微納電子創新學院周鵬-劉春森團隊率先研發出全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片，解決了存儲速率上的技術難題。相關研究成果於10月8日發表在學術期刊《自然》上。

這是復旦大學繼“破曉（PoX）”皮秒閃存器件問世後，在二維電子器件工程化道路上再獲里程碑式突破。今年4月，周鵬-劉春森團隊於《自然》期刊提出“破曉”二維閃存原型器件，實現了400皮秒超高速非易失存儲，這是迄今最快的半導體電荷存儲技術，為打破算力發展困境提供了底層原理支撐。研究團隊認為，若要加快新技術孵化，就要將二維超快閃存器件充分融入互補金屬氧化物半導體（CMOS）傳統半導體生產線。

然而，CMOS電路表面有眾多元件，如同一個微縮“城市”，既有高樓也有平地；而二維半導體材料厚度僅1到3個原子，如“蟬翼”般纖薄脆弱，若直接將其鋪在CMOS電路上，材料很容易破裂。如何將二維材料與CMOS電路集成且不破壞其性能，是團隊需要攻克的核心難題。

“我們沒必要去改變CMOS，而需要去適應它。”復旦大學集成電路與微納電子創新學院副院長周鵬介紹，團隊從具有一定柔性特點的二維材料入手，通過模塊化集成方案，先將二維存儲電路與成熟CMOS電路分離製造，再通過微米尺度的高密度單片互連技術實現完整集成，使芯片集成良率超過94%。

這一成果將二維超快閃存與成熟CMOS的工藝深度融合，攻克了二維信息器件工程化的關鍵難題，率先實現全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片的研發。產業界相關人士認為，這種芯片可突破閃存本身在速度、功耗、集成度上的平衡限制，未來或可在3D應用層面帶來更大市場機會。

研究團隊表示，下一步計劃建立實驗基地，與相關機構合作，建立自主主導的工程化項目，用3-5年時間將項目集成到兆量級水平。