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《中国科学报》:我国科学家创新研发第三类存储技术

作者:黄辛 来源:《中国科学报》2018年4月10日发布时间:2018-04-10

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,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。4月10日,这一重要研究成果将以长文形式在线发表于《自然—纳米技术》。

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,在写入数据后无须额外能量可保存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。

这次研发的新型电荷存储技术,既满足了10纳秒写入数据速度,又实现了按需定制(10秒—10年)的可调控数据准非易失特性。张卫表示,这种全新特性不仅在高速内存中可以极大降低存储功耗,还可以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。

“这项研究创新性地选择多重二维材料堆叠构成了半浮栅结构晶体管:二硫化钼、二硒化钨、二硫化铪分别用于开关电荷输运和储存,氮化硼作为隧穿层,制成阶梯能谷结构的范德瓦尔斯异质结。”周鹏介绍,选择这几种二维材料,将充分发挥二维材料的丰富能带特性。“一部分如同一道可随手开关的门,电子易进难出;另一部分则像一面密不透风的墙,电子难以进出。对‘写入速度’与‘非易失性’的调控,就在于这两部分的比例。”

写入速度比目前U盘快10000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,可以实现按照数据有效时间需求设计存储器结构……经过测试,研究人员发现这种基于全二维材料的新型异质结能够实现全新的第三类存储特性。同时发现,当利用二维半导体实现新型结构存储后,会有更多“奇异新特性”。

专家表示,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,将在极低功耗高速存储、数据有效期自由度利用等多领域发挥重要作用。

据悉,从技术定义、结构模型到性能分析的全过程,这项科学突破均由复旦大学科研团队独立完成。国际评审专家认为,“这项工作具有极强的时效性,也是范德瓦尔斯异构结构器件发展的一个重要里程碑”。并表示,“所制造的器件非常复杂,器件设计提升了范德瓦尔斯异质结构电子应用领域的最高技术水平”。

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