复旦大学团队研制出“破晓（PoX）”皮秒闪存器件 刷新世界半导体电荷存储速度纪录
发布时间：2025-4-17 15:53
发布者：eechina
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近日，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院周鹏 - 刘春森团队在半导体电荷存储领域取得了突破性的科研成果。该团队通过构建准二维泊松模型，在理论上预测了超注入现象，成功打破了现有存储速度的理论极限，研制出“破晓（PoX）”皮秒闪存器件。据悉，其擦写速度可提升至亚1纳秒（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作，是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术，这一成果在相关领域引发广泛关注。 在当今数字化时代，随着人工智能、物联网等新兴技术的飞速发展，对于信息存储和处理的速度要求日益提高。半导体电荷存储技术作为电子设备的核心基础之一，其性能的提升成为制约整个信息技术产业发展的关键因素。在此背景下，复旦大学周鹏 - 刘春森团队敏锐地捕捉到这一重大研究需求，投身于提升半导体电荷存储速度的攻坚之战。 据介绍，该团队在研究过程中面临着巨大的挑战。传统闪存技术存在存储速度瓶颈，受半导体特殊电场分布等因素限制，电子加速存在理论上限，导致闪存存储速度无法突破注入极值点。为了解决这一难题，团队摒弃传统思维定式，从存储器件的底层理论机制出发进行深入探究。 经过长期不懈的努力，团队创新性地构建了准二维泊松模型。在这一理论模型的基础上，他们成功预测了超注入现象，即通过结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性，调制二维沟道的高斯长度，实现了沟道电荷向浮栅存储层的超注入。在超注入机制下，电子无需像传统方式那样“助跑”，就可以直接提至高速，而且可以进行无限注入，不再受注入极值点的制约。 基于这一理论创新，“破晓（PoX）”皮秒闪存器件应运而生。该器件在实验测试中展现出了惊人的性能。其擦写速度提升至亚1纳秒（400皮秒），这一速度远超现有技术和产品，相当于每秒可执行25亿次操作。这一卓越的成果，使得“破晓（PoX）”皮秒闪存器件成为迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。 这一突破不仅为解决人工智能时代对高速存储的迫切需求提供了可能，还将对整个半导体产业产生深远的影响。在大规模数据存储与处理日益增长的市场需求下，“破晓（PoX）”皮秒闪存器件的出现，有望引发存储技术的全面革新。例如，在未来，个人电脑可能会彻底摒弃传统的内存和外存概念，实现数据的无层存储；AI大模型也能够更加高效地运行，其本地部署的难题或因此迎刃而解，进而推动整个半导体产业的格局发生重大变化。 从科技发展的长远角度来看，这一成果的意义更为重大。它标志着我国在半导体芯片技术这一关键领域取得了领先地位，为我国在相关领域实现技术引领提供了强有力的支撑。在过去，我国在高端半导体芯片技术方面一直面临着被“卡脖子”的困境，而此次周鹏 - 刘春森团队的成功突破，将有力地改变这一局面。 回顾这一成果的诞生历程，团队历经十年的科研攻关，从2015年开始聚焦闪存技术速度问题，通过持续的理论创新和不懈的实验探索，逐步攻克了一个又一个难关。2018年，团队利用多重二维材料构建二维半浮栅闪存结构，取得了一定的阶段性成果；2021年，又修正传统理论机制，研制出范德华异质结闪存。此次“破晓（PoX）”皮秒闪存器件的成功研制，是团队十年磨一剑的结晶，见证了他们在科研道路上不断探索创新、勇攀高峰的坚定决心。 目前，“破晓（PoX）”相关技术已发表了高质量的研究成果，如《亚纳秒超注入闪存》一文于北京时间4月16日晚间在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）上发表。并且，团队还在积极推进技术的产业化落地，相关原型器件的集成工作已顺利开展，目前“破晓”与CMOS结合打造出的Kb级芯片已成功流片。下一步，团队计划在3到5年将其集成到几十兆的水平，届时可授权给企业进行产业化，让这一先进技术更快地服务于社会。 |
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