復旦大學科研團隊研制“破曉”皮秒閃存器件

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 任朝霞）“在一眨眼的時間內(nèi)，超級閃存已經(jīng)工作了10億次，原來的U盤只能1000次?！苯?，復旦大學周鵬/劉春森團隊成功研制“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，擦寫速度達到亞1納秒（400皮秒），是人類目前掌握的最快半導體電荷存儲器件。

隨著人工智能（AI）時代的到來，計算范式正從傳統(tǒng)的邏輯運算逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動的計算模式，現(xiàn)有的分級存儲架構難以滿足計算芯片對極高算力和能效的需求，亟需存儲技術的突破來實現(xiàn)變革。針對AI計算所需的算力與能效要求，信息存取速度直接決定了算力上限，而非易失性存儲技術則成為實現(xiàn)超低功耗的關鍵。因此，破局在于解決集成電路領域最為關鍵的基礎科學問題：信息的非易失存取速度極限。

目前速度最快的存儲器均為易失性存儲器，例如靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機存儲器（DRAM）。這類存儲器的速度極限約為3T（即晶體管開關時間的三倍，低于1納秒），代表了當今信息存取速度的最高水平。然而，其斷電后數(shù)據(jù)丟失的特性限制了其在低功耗場景下的應用。相比之下，以閃存（Flash）為代表的非易失性存儲器雖然具備極低功耗優(yōu)勢，但由于其電場輔助編程速度遠低于晶體管開關速度，難以滿足AI計算對數(shù)據(jù)極高速存取的需求。

復旦大學周鵬/劉春森團隊基于器件物理機制的創(chuàng)新，持續(xù)推進高速非易失性閃存技術的研發(fā)。通過巧妙結(jié)合二維狄拉克能帶結(jié)構與彈道輸運特性，調(diào)制二維溝道的高斯長度，從而實現(xiàn)溝道電荷向存儲層的超注入。這一超注入機制與現(xiàn)有閃存電場輔助注入規(guī)律截然不同：傳統(tǒng)注入規(guī)律存在注入極值點，而超注入則表現(xiàn)為無限注入。團隊構建了準二維高斯模型，成功從理論上預測了超注入現(xiàn)象，并據(jù)此研制“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，其性能超越同技術節(jié)點下世界最快的易失性存儲SRAM技術?！捌茣浴贝鎯ζ骷姆€(wěn)定性高度依賴工藝流程的一致性。通過AI算法對工藝測試條件實現(xiàn)科學優(yōu)化，極大推動技術創(chuàng)新與落地。

閃存作為性價比最高、應用最廣泛的存儲器，一直是國際科技巨頭技術布局的基石。團隊研發(fā)的突破性高速非易失閃存技術，不僅有望改變?nèi)虼鎯夹g格局，進而推動產(chǎn)業(yè)升級并催生全新應用場景，還為我國在相關領域?qū)崿F(xiàn)技術引領提供強有力支撐。

北京時間4月16日，相關研究成果以《亞納秒超注入閃存》為題發(fā)表于《自然》雜志。