近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授張衛(wèi)、周鵬團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了具有顛覆性的二維半導(dǎo)體準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)原型器件，開創(chuàng)了第三類存儲(chǔ)技術(shù)，寫入速度比目前U盤快一萬倍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間也可自行決定。這解決了國際半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題。

4月11日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授張衛(wèi)、周鵬團(tuán)隊(duì)成員劉春森在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)清洗硅片(拼版照片)。 新華社記者 丁汀攝北京時(shí)間4月10日，相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》雜志。

據(jù)了解，目前半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)主要有兩類，第一類是易失性存儲(chǔ)，例如計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)立即消失;第二類是非易失性存儲(chǔ)，例如人們常用的U盤，在寫入數(shù)據(jù)后無需額外能量可保存10年。前者可在幾納秒左右寫入數(shù)據(jù)，第二類電荷存儲(chǔ)技術(shù)需要幾微秒到幾十微秒才能把數(shù)據(jù)保存下來。

此次研發(fā)的新型電荷存儲(chǔ)技術(shù)，既滿足了10納秒寫入數(shù)據(jù)速度，又實(shí)現(xiàn)了按需定制(10秒-10年)的可調(diào)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)非易失特性。這種全新特性不僅在高速內(nèi)存中可以極大降低存儲(chǔ)功耗，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效期截止后自然消失，在特殊應(yīng)用場景解決了保密性和傳輸?shù)拿堋?

這項(xiàng)研究創(chuàng)新性地選擇多重二維材料堆疊構(gòu)成了半浮柵結(jié)構(gòu)晶體管：二硫化鉬、二硒化鎢、二硫化鉿分別用于開關(guān)電荷輸運(yùn)和儲(chǔ)存，氮化硼作為隧穿層，制成階梯能谷結(jié)構(gòu)的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)。

“選擇這幾種二維材料，將充分發(fā)揮二維材料的豐富能帶特性。一部分如同一道可隨手開關(guān)的門，電子易進(jìn)難出;另一部分像一面密不透風(fēng)的墻，電子難以進(jìn)出。對‘寫入速度’與‘非易失性’的調(diào)控，就在于這兩部分的比例?！敝荠i說。

寫入速度比目前U盤快一萬倍，數(shù)據(jù)刷新時(shí)間是內(nèi)存技術(shù)的156倍，并且擁有卓越的調(diào)控性，可以實(shí)現(xiàn)按照數(shù)據(jù)有效時(shí)間需求設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)……經(jīng)過測試，研究人員發(fā)現(xiàn)這種基于全二維材料的新型異質(zhì)結(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)全新的第三類存儲(chǔ)特性。

科研人員稱，基于二維半導(dǎo)體的準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器可在******合成技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高密度集成，將在極低功耗高速存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)有效期自由度利用等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

這項(xiàng)科學(xué)突破由復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成，復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為唯一單位。該項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目和重點(diǎn)研究項(xiàng)目的支持。

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