我國科學(xué)家創(chuàng)新研發(fā)第三類存儲技術(shù)
本報訊（記者黃辛）復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授張衛(wèi)、周鵬團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了具有顛覆性的二維半導(dǎo)體準(zhǔn)非易失存儲原型器件，開創(chuàng)了第三類存儲技術(shù)，解決了國際半導(dǎo)體電荷存儲技術(shù)中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題。4月10日，這一重要研究成果將以長文形式在線發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。
據(jù)了解，目前半導(dǎo)體電荷存儲技術(shù)主要有兩類：第一類是易失性存儲，例如計算機(jī)中的內(nèi)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)后無須額外能量可保存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(shù)需要幾微秒到幾十微秒才能把數(shù)據(jù)保存下來。
這次研發(fā)的新型電荷存儲技術(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)控數(shù)據(jù)準(zhǔn)非易失特性。張衛(wèi)表示，這種全新特性不僅在高速內(nèi)存中可以極大降低存儲功耗，還可以實(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?/span>
“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)。”周鵬介紹，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；另一部分則像一面密不透風(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?！?/span>
寫入速度比目前U盤快10000倍，數(shù)據(jù)刷新時間是內(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)有效時間需求設(shè)計存儲器結(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)全新的第三類存儲特性。同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用二維半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)新型結(jié)構(gòu)存儲后，會有更多“奇異新特性”。
專家表示，基于二維半導(dǎo)體的準(zhǔn)非易失性存儲器可在大尺度合成技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高密度集成，將在極低功耗高速存儲、數(shù)據(jù)有效期自由度利用等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
據(jù)悉，從技術(shù)定義、結(jié)構(gòu)模型到性能分析的全過程，這項(xiàng)科學(xué)突破均由復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊獨(dú)立完成。國際評審專家認(rèn)為，“這項(xiàng)工作具有極強(qiáng)的時效性，也是范德瓦爾斯異構(gòu)結(jié)構(gòu)器件發(fā)展的一個重要里程碑”。并表示，“所制造的器件非常復(fù)雜，器件設(shè)計提升了范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)電子應(yīng)用領(lǐng)域的最高技術(shù)水平”。
《中國科學(xué)報》 (2018-04-10 第1版 要聞)
