日前，復(fù)旦大學(xué)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，攻克了新型二維信息器件工程化的關(guān)鍵難題，為新一代顛覆性器件縮短應(yīng)用化周期提供范例。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間10月8日晚間發(fā)表在《自然》雜志上。今年4月，周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)研發(fā)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(chǔ)，是迄今最快的半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)，為打破算力發(fā)展困境提供了底層原理。時(shí)隔半年，團(tuán)隊(duì)將“破曉(PoX)”與成熟硅基CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝平臺(tái)深度融合，率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)芯片。

二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片結(jié)構(gòu)示意圖，包含二維模塊、CMOS控制電路和微米尺度通孔

　　作為集成電路的前沿領(lǐng)域，二維電子學(xué)近年來(lái)獲得很多關(guān)注，但如何讓這項(xiàng)技術(shù)得到真正的應(yīng)用，讓二維電子器件走向功能芯片?周鵬、劉春森團(tuán)隊(duì)主動(dòng)融入產(chǎn)業(yè)鏈，嘗試從未來(lái)應(yīng)用的終點(diǎn)出發(fā)，“從10到0”倒推最具可能性的技術(shù)發(fā)展路徑。如何將二維材料與CMOS集成又不破壞其性能，是團(tuán)隊(duì)需要攻克的核心難題。“我們沒(méi)有必要去改變CMOS，而是要去適應(yīng)它。”團(tuán)隊(duì)從本身就具有一定柔性的二維材料入手，通過(guò)模塊化的集成方案，先將二維存儲(chǔ)電路與成熟CMOS電路分離制造，再與CMOS控制電路通過(guò)高密度單片互連技術(shù)(微米尺度通孔)實(shí)現(xiàn)完整芯片集成。

二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片光學(xué)顯微鏡照片

　　正是這項(xiàng)核心工藝的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了在原子尺度上讓二維材料和CMOS襯底的緊密貼合，最終實(shí)現(xiàn)超過(guò)94%的芯片良率。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了跨平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論，包含二維CMOS電路協(xié)同設(shè)計(jì)、二維CMOS跨平臺(tái)接口設(shè)計(jì)等，并將這一系統(tǒng)集成框架命名為“長(zhǎng)纓(CY-01)架構(gòu)”。“這是中國(guó)集成電路領(lǐng)域的‘源技術(shù)’。”展望二維-硅基混合架構(gòu)閃存芯片的未來(lái)，團(tuán)隊(duì)期待該技術(shù)顛覆傳統(tǒng)存儲(chǔ)器體系，讓通用型存儲(chǔ)器取代多級(jí)分層存儲(chǔ)架構(gòu)，為人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿領(lǐng)域提供更高速、更低能耗的數(shù)據(jù)支撐，讓二維閃存成為AI時(shí)代的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)方案。