大数据与人工智能时代对数据存取性能提出极致要求，而目前速度最快的存储器为易失性存储器，速度为1-30纳秒，断电后数据会丢失。传统闪存不会轻易丢失数据，但工作效率落后于芯片算力10万倍以上。
据复旦大学公消息，北京时间10月8日晚，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院周鹏-刘春森团队在《自然》(Nature)上发文，题为《全功能二维-硅基混合架构闪存芯片》(“A full-featured 2D flash chip enabled by system integration”），相关成果率先实现全球首颗二维-硅基混合架构芯片，攻克新型二维信息器件工程化关键难题，为新一代颠覆性器件缩短应用化周期提供范例，也为推动信息技术迈入全新高速时代，提供强力支撑。
值得关注的是，这是复旦大学继“破晓（PoX）”皮秒闪存器件问世后，在二维电子器件工程化道路上再获里程碑式突破。今年4月，周鹏-刘春森团队于《自然》期刊提出“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒超高速非易失存储，这是迄今最快的半导体电荷存储技术，为打破算力发展困境提供了底层原理支撑。
面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有原子级厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键，科学家们一直在探索如何将二维半导体材料应用于集成电路中。当前，国际上对二维半导体的研究仍在起步阶段，尚未实现大规模应用。
当前，CMOS（互补金属氧化半导体）技术是集成电路制造的主流工艺，市场中的大部分集成电路芯片均使用 CMOS 技术制造，产业链较为成熟。研究团队认为，若要加快新技术孵化，就要将二维超快闪存器件充分融入互补金属氧化物半导体（CMOS）传统半导体生产线，而这也能为 CMOS 技术带来全新突破。
二维-硅基混合架构闪存芯片结构示意图，包含二维模块、CMOS 控制电路和微米尺度通孔
然而，工程化之路充满挑战。CMOS电路表面众多元件，如同一个微缩“城市”，既有高楼也有平地；而二维半导体材料厚度仅1到3个原子，如“蝉翼”般纤薄脆弱，若直接将其铺在CMOS电路上，材料很容易破裂。如何将二维材料与CMOS电路集成且不破坏其性能，是团队需要攻克的核心难题。
“我们没必要去改变CMOS，而需要去适应它。”复旦大学集成电路与微纳电子创新学院副院长周鹏介绍，团队从具有一定柔性特点的二维材料入手，通过模块化集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再通过微米尺度的高密度单片互连技术实现完整集成，使芯片集成良率超过94%。这也是迄今为止世界上首个二维-硅基混合架构闪存芯片，性能“碾压”目前的 Flash 闪存技术，首次实现了混合架构的工程化。
二维-硅基混合架构闪存芯片光学显微镜照片
基于这一突破，周鹏进一步指出：“从目前技术来看，存储器是二维电子器件最有可能首个产业化的器件类型。因为它对材料质量和工艺制造没有提出更高要求，而且能够达到的性能指标远超现在的产业化技术，可能会产生一些颠覆性的应用场景。”复旦大学这一研究成果将二维超快闪存与成熟CMOS的工艺深度融合，攻克了二维信息器件工程化的关键难题，率先实现全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片的研发。
