近日，復旦大學微電子學院教授張衛(wèi)、周鵬團隊實現(xiàn)了具有顛覆性的二維半導體準非易失存儲原型器件，開創(chuàng)了第三類存儲技術，寫入速度比目前Ｕ盤快一萬倍，數(shù)據(jù)存儲時間也可自行決定。這解決了國際半導體電荷存儲技術中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題。

北京時間4月10日，相關成果在線發(fā)表于《自然·納米技術》雜志。

4月11日，復旦大學微電子學院教授張衛(wèi)、周鵬團隊成員劉春森在實驗室內將硅片放入儀器。

據(jù)了解，目前半導體電荷存儲技術主要有兩類，第一類是易失性存儲，例如計算機中的內存，掉電后數(shù)據(jù)會立即消失；第二類是非易失性存儲，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)，第二類電荷存儲技術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)的新型電荷存儲技術，既滿足了10納秒寫入數(shù)據(jù)速度，又實現(xiàn)了按需定制（10秒－10年）的可調控數(shù)據(jù)準非易失特性。這種全新特性不僅在高速內存中可以極大降低存儲功耗，同時能實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效期截止后自然消失，在特殊應用場景解決了保密性和傳輸?shù)拿堋?/p>

4月11日，復旦大學微電子學院教授張衛(wèi)、周鵬團隊在實驗室內合影。新華社記者丁汀攝

這項研究創(chuàng)新性地選擇多重二維材料堆疊構成了半浮柵結構晶體管：二硫化鉬、二硒化鎢、二硫化鉿分別用于開關電荷輸運和儲存，氮化硼作為隧穿層，制成階梯能谷結構的范德瓦爾斯異質結。

“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的門，電子易進難出；另一部分像一面密不透風的墻，電子難以進出。對‘寫入速度’與‘非易失性’的調控，就在于這兩部分的比例。”周鵬說。

4月11日，復旦大學微電子學院教授張衛(wèi)、周鵬團隊成員劉春森在實驗室內對硅片進行“電子束光刻”以及“定義圖形”。

寫入速度比目前Ｕ盤快一萬倍，數(shù)據(jù)刷新時間是內存技術的156倍，并且擁有卓越的調控性，可以實現(xiàn)按照數(shù)據(jù)有效時間需求設計存儲器結構……經過測試，研究人員發(fā)現(xiàn)這種基于全二維材料的新型異質結能夠實現(xiàn)全新的第三類存儲特性。

科研人員稱，基于二維半導體的準非易失性存儲器可在大尺度合成技術基礎上實現(xiàn)高密度集成，將在極低功耗高速存儲、數(shù)據(jù)有效期自由度利用等多領域發(fā)揮重要作用。

這項科學突破由復旦大學科研團隊獨立完成，復旦大學專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室為唯一單位。該項工作得到國家自然科學基金優(yōu)秀青年項目和重點研究項目的支持。

4月11日，復旦大學微電子學院教授周鵬教授在硅片上生長金屬電極。（來源：新華社 記者：吳振東）