近日,复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏团队实现了具有颠覆性的二维半导体准非易失存储原型器件,开创了第三类存储技术,写入速度比目前U盘快一万倍,不仅可以实现“内存级”的数据读写速度,还可以按需定制存储器的数据存储周期,数据存储时间也可自行决定。这解决了国际半导体电荷存储技术中“写入速度”与“非易失性”难以兼得的难题。

据了解,目前半导体电荷存储技术主要有两类,第一类是易失性存储,例如计算机中的内存,掉电后数据会立即消失;第二类是非易失性存储,例如人们常用的U盘,在写入数据后无需额外能量可保存10年。前者可在几纳秒左右写入数据,第二类电荷存储技术需要几微秒到几十微秒才能把数据保存下来。

此次研发的第三代电荷存储技术,写入速度比目前U盘快1万倍,数据刷新时间是内存技术的156倍,并且拥有卓越的调控性,可以实现按需“裁剪”数据10秒至10年的保存周期。这种全新特性不仅在高速内存中可以极大降低存储功耗,同时能实现数据有效期截止后自然消失,在特殊应用场景解决了保密性和传输的矛盾。

为了研发出两种性能可兼得的新型电荷存储技术,该团队创新性地选择了多重二维半导体材料,堆叠构成了半浮栅结构晶体管:二氧化钼和二硒化钨像是一道随手可关的门,电子易进难出,用于控制电荷输送;氮化硼作为绝缘层,像是一面密不透风的墙,使得电子难以进出;而二硫化铪作为存储层,用以保存数据。周鹏说,只要调节“门”和“墙”的比例,就可以实现对“写入速度”和“非易失性”的调控。

最重要的是,二维材料可以获得单层的具有完美界面特性的原子级别晶体,这对集成电路器件进一步微缩并提高集成度、稳定性以及开发新型存储器都有着巨大潜力,是降低存储器功耗和提高集成度的崭新途径。基于二维半导体的准非易失性存储器可在大尺度合成技术基础上实现高密度集成,为未来的新型计算机奠定基础。

这项科学突破由复旦大学科研团队独立完成,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室为唯一单位。该项工作得到国家自然科学基金优秀青年项目和重点研究项目的支持。

(综合整理自新华网、观察者网)

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