近日，復旦大學團隊研發(fā)出一種名為“破曉（PoX）”的皮秒級閃存器件，其擦寫速度達到亞納秒級別，比現(xiàn)有技術快1萬倍，數(shù)據(jù)保存年限據(jù)實驗外推可達十年以上。相關研究成果已登上國際頂級期刊《Nature》。

該項目由復旦大學集成芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、芯片與系統(tǒng)前沿技術研究院的周鵬-劉春森團隊完成。周鵬教授現(xiàn)任復旦大學微電子學院副院長，長期致力于集成電路新材料與新器件的研究。劉春森博士為青年研究員，與周鵬教授共同擔任論文通訊作者。

傳統(tǒng)閃存器件中，硅材料的性能受限于電子有效質(zhì)量和聲子散射等因素，導致熱載流子注入效率較低。復旦大學團隊通過將硅替換為石墨烯和二硒化鎢等二維材料，成功實現(xiàn)了亞納秒級的擦寫速度。

研究發(fā)現(xiàn)，二維材料的獨特能帶結構和電學特性顯著提升了熱載流子注入效率。以石墨烯為例，其載流子有效質(zhì)量接近于零，遷移率極高，散射概率大幅降低。當溝道厚度減小至2納米左右時，漏端附近的峰值電場強度是傳統(tǒng)體硅器件的數(shù)倍，這使得載流子能夠在極短距離內(nèi)被加速至高能量，從而大幅提高了注入效率。

器件結構與制備工藝

團隊基于石墨烯和二硒化鎢分別制備了兩種閃存器件，均采用“三明治結構”。從上到下依次包括源漏電極、溝道層、存儲堆疊結構、金屬柵極和硅襯底。其中，石墨烯版本的存儲堆疊結構還包含一個電荷存儲層。

制備過程中，研究人員通過機械剝離法獲得原子級厚度的二維材料薄片，并采用干法轉(zhuǎn)移技術將其轉(zhuǎn)移到硅/二氧化硅襯底上。隨后，通過電子束曝光和金屬蒸鍍工藝制備源極和漏極金屬電極。為優(yōu)化性能，團隊還引入了六方氮化硼作為絕緣隔離層，并通過等離子體增強化學氣相沉積法沉積氧化鋁和二氧化鉿薄膜，形成高效的“二元介質(zhì)層”結構。

最終，石墨烯版本的閃存器件在通道長度為0.2微米時，實現(xiàn)了400皮秒的編程速度，打破了傳統(tǒng)閃存1納秒的速度瓶頸，每秒可操作25億次。