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近日，復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室、芯片與系統前沿技術研究院周鵬 - 劉春森團隊在半導體電荷存儲領域取得了突破性的科研成果。該團隊通過構建準二維泊松模型，在理論上預測了超注入現象，成功打破了現有存儲速度的理論極限，研制出“破曉（PoX）”皮秒閃存器件。據悉，其擦寫速度可提升至亞1納秒（400皮秒），相當于每秒可執行25億次操作，是迄今為止世界上最快的半導體電荷存儲技術，這一成果在相關領域引發廣泛關注。 在當今數字化時代，隨著人工智能、物聯網等新興技術的飛速發展，對于信息存儲和處理的速度要求日益提高。半導體電荷存儲技術作為電子設備的核心基礎之一，其性能的提升成為制約整個信息技術產業發展的關鍵因素。在此背景下，復旦大學周鵬 - 劉春森團隊敏銳地捕捉到這一重大研究需求，投身于提升半導體電荷存儲速度的攻堅之戰。 據介紹，該團隊在研究過程中面臨著巨大的挑戰。傳統閃存技術存在存儲速度瓶頸，受半導體特殊電場分布等因素限制，電子加速存在理論上限，導致閃存存儲速度無法突破注入極值點。為了解決這一難題，團隊摒棄傳統思維定式，從存儲器件的底層理論機制出發進行深入探究。 經過長期不懈的努力，團隊創新性地構建了準二維泊松模型。在這一理論模型的基礎上，他們成功預測了超注入現象，即通過結合二維狄拉克能帶結構與彈道輸運特性，調制二維溝道的高斯長度，實現了溝道電荷向浮柵存儲層的超注入。在超注入機制下，電子無需像傳統方式那樣“助跑”，就可以直接提至高速，而且可以進行無限注入，不再受注入極值點的制約。 基于這一理論創新，“破曉（PoX）”皮秒閃存器件應運而生。該器件在實驗測試中展現出了驚人的性能。其擦寫速度提升至亞1納秒（400皮秒），這一速度遠超現有技術和產品，相當于每秒可執行25億次操作。這一卓越的成果，使得“破曉（PoX）”皮秒閃存器件成為迄今為止世界上最快的半導體電荷存儲技術。 這一突破不僅為解決人工智能時代對高速存儲的迫切需求提供了可能，還將對整個半導體產業產生深遠的影響。在大規模數據存儲與處理日益增長的市場需求下，“破曉（PoX）”皮秒閃存器件的出現，有望引發存儲技術的全面革新。例如，在未來，個人電腦可能會徹底摒棄傳統的內存和外存概念，實現數據的無層存儲；AI大模型也能夠更加高效地運行，其本地部署的難題或因此迎刃而解，進而推動整個半導體產業的格局發生重大變化。 從科技發展的長遠角度來看，這一成果的意義更為重大。它標志著我國在半導體芯片技術這一關鍵領域取得了領先地位，為我國在相關領域實現技術引領提供了強有力的支撐。在過去，我國在高端半導體芯片技術方面一直面臨著被“卡脖子”的困境，而此次周鵬 - 劉春森團隊的成功突破，將有力地改變這一局面。 回顧這一成果的誕生歷程，團隊歷經十年的科研攻關，從2015年開始聚焦閃存技術速度問題，通過持續的理論創新和不懈的實驗探索，逐步攻克了一個又一個難關。2018年，團隊利用多重二維材料構建二維半浮柵閃存結構，取得了一定的階段性成果；2021年，又修正傳統理論機制，研制出范德華異質結閃存。此次“破曉（PoX）”皮秒閃存器件的成功研制，是團隊十年磨一劍的結晶，見證了他們在科研道路上不斷探索創新、勇攀高峰的堅定決心。 目前，“破曉（PoX）”相關技術已發表了高質量的研究成果，如《亞納秒超注入閃存》一文于北京時間4月16日晚間在國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）上發表。并且，團隊還在積極推進技術的產業化落地，相關原型器件的集成工作已順利開展，目前“破曉”與CMOS結合打造出的Kb級芯片已成功流片。下一步，團隊計劃在3到5年將其集成到幾十兆的水平，屆時可授權給企業進行產業化，讓這一先進技術更快地服務于社會。 |
