大數(shù)據(jù)與人工智能時代對數(shù)據(jù)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，斷電后數(shù)據(jù)會丟失。傳統(tǒng)閃存不會輕易丟失數(shù)據(jù)，但工作效率落后于芯片算力10萬倍以上。記者從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校集成芯片與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院周鵬-劉春森團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片，解決了存儲速率上的技術(shù)難題。相關(guān)研究成果于10月8日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

這是復(fù)旦大學(xué)繼“破曉（PoX）”皮秒閃存器件問世后，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(tuán)隊(duì)于《自然》期刊提出“破曉”二維閃存原型器件，實(shí)現(xiàn)了400皮秒超高速非易失存儲，這是迄今最快的半導(dǎo)體電荷存儲技術(shù)，為打破算力發(fā)展困境提供了底層原理支撐。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，若要加快新技術(shù)孵化，就要將二維超快閃存器件充分融入互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳統(tǒng)半導(dǎo)體生產(chǎn)線。

 封裝后的二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片（帶PCB板）復(fù)旦大學(xué)供圖

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(dǎo)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(tuán)隊(duì)需要攻克的核心難題。

“我們沒必要去改變CMOS，而需要去適應(yīng)它?！睆?fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院副院長周鵬介紹，團(tuán)隊(duì)從具有一定柔性特點(diǎn)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電路分離制造，再通過微米尺度的高密度單片互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(guān)鍵難題，率先實(shí)現(xiàn)全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片的研發(fā)。產(chǎn)業(yè)界相關(guān)人士認(rèn)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(yīng)用層面帶來更大市場機(jī)會。

研究團(tuán)隊(duì)表示，下一步計劃建立實(shí)驗(yàn)基地，與相關(guān)機(jī)構(gòu)合作，建立自主主導(dǎo)的工程化項(xiàng)目，用3-5年時間將項(xiàng)目集成到兆量級水平。