发布日期：2025-08-29 09:05    点击次数：101

史上最快的闪存器件开yun体育网，复旦团队造！

其研发的皮秒闪存器件"破晓（PoX）"登上了 Nature，擦写速率达到了亚纳秒级，比现存速率快 1 万倍。

况且数据不易丢失，按确乎验外推浪漫，保存年限可达十年以上。

具体来看，基于一些新的发现，作家把传统闪存中的硅替换成了石墨烯等二维材料，制作出了这种亚纳（10^-9）秒级闪存器件。

在低至 5V 的编程电压下，这种器件不错完毕 400 皮（10^-12）秒的超快编程速率，格外于每秒操作 250 亿次。

在此速率之下，器件的编程 / 擦除轮回寿命跳跃 550 万次。

用二维材料完毕热载流子注入

这项责任的中枢，等于作家发现的二维材料增强的热载流子注入机制。

在传统硅基器件中，当栅极施加一个较高的正电压时，源端的电子在横向电场的作用下被加快，变成"热"电子。

这些高能电子不断向漏端解析，当其能量达到一定阈值后，有一定概率卓越栅介质势垒，最终被注入到栅极一侧。

这个经过往往被称为电子的热载流子注入，是完毕闪存编程的遑急技巧之一。

可是，受限于体硅材料的性质——电子的灵验质地较大且容易受到声子散射等要素影响——经典热载流子注入机制的效能较低。

究诘东谈主员建议，二维材料特有的能带结构和电学特色，有望绝对改动这一时局。

以石墨烯为例，其特有的线性色散干系意味着载流子的灵验质地接近于零，因此在疏通电场下更容易被加快。同期，石墨烯中电子和空穴的迁徙率极高，散射概率大大缩小。

更关节的是，当材料的厚度减小到纳米法式时，器件沟谈里面电场散布会发生显贵变化。

具体而言，器件沟谈从源端到漏端可分为高、低电阻两个区域。

当沟谈厚度减小时，全体电阻率急剧飞腾，但低电阻区（源端）电阻率的飞腾幅度要小于高电阻区（漏端）。当沟谈厚度降至 2 纳米支配时，漏端隔邻的峰值电场强度将是体硅器件的数倍。

在如斯高的水平电场作用下，载流子大致在纳米法式的距离内被加快尽头高的能量，散射被大大遏止。同期，垂直方朝上超薄的沟谈厚度也大大缩小了载流子卓越栅介质势垒所需的能量。

在横向加快和纵向注入的双重增强作用下，载流子注入效能将较传统硅基器件耕作数个数目级。

况且，这种"二维材料增强效应"在不同类型的二维材料中具有普适性。

结构与制备经过

基于这么的旨趣，作家使用石墨烯和二硒化钨（WSe ₂）两种二维材料远离制备了不同的闪存。

结构上看，两种闪存王人汲取了"三明治结构"，从上到下顺序包括源走电极、沟谈层、存储堆叠结构、金属栅极和硅衬底，石墨烯版的存储堆叠结构中还有一个电荷存储层。

石墨烯和二硒化钨两种决策在各层中使用的材料，可见底下的表格：

在这种结构中，当在源极和漏极之间施加电压时，载流子会在优化的水平电场中被快速加快。

由于二维材料的特色，这些载流子不错在很短的距离内获取有余高的能量，然后在垂直电场的作用下注入到陷坑层（注：在闪存中，信息的存储和擦除是通过向浮栅或陷坑层注入或抽出电子来完毕的）中。

为了制备出基于二维材料的新式闪存器件，作家率先通过机械剥离的花式，从高质地的块体二硒化钨和石墨烯晶体上得到了原子级厚度的单层或少层二硒化钨和石墨烯薄片。

接下来，作家汲取干法更动技能，将剥离得到的二硒化钨或石墨烯薄片更动到事先制备好的硅 / 二氧化硅衬底上。

衬底上事先孕育了一层高质地的六方氮化硼（hBN）薄膜，动作二维材料与衬底之间的绝缘终止层和保护层。

在更动完成后，作家汲取电子束曝光和金属蒸镀的花式，在二维材料一端制备了源极和漏极金属电极——

关于二硒化钨器件，作家遴荐了高功函数的锑 / 铂动作讲和金属，以完毕对二硒化钨的 p 型掺杂和空穴注入。

关于石墨烯器件，作家则汲取了与石墨烯功函数匹配宽广的铬 / 金电极，以完毕对石墨烯的欧姆讲和和双极性载流子注入。

为了确保金属原子在二维材料名义的均匀孕育和紧密贴合，作家对金属蒸镀的要求——包括蒸镀速率、真空度和衬底温度等参数——进行了考究的优化。

金属电极制备完成后，作家汲取等离子体增强化学气相千里积的花式，在器件名义千里积了一层高质地的氧化铝薄膜，动作闪存器件的栅介质层和电荷存储层。

为了进一步耕作电荷存储效能，作家在氧化铝层上方又千里积了一层二氧化铪薄膜，变成了"二元介质层"结构。

终末，作家汲取电子束蒸镀的花式，在器件名义制备了栅极金属电极。

这种高效的注入机制最终完毕了突破性的性能——其中石墨烯版块闪存器件在通谈长度为 0.2 μ m 时，不错完毕 400 皮秒的编程速率，这冲突了闪存 1 纳秒的速率瓶颈。

作家简介

该形势由复旦大学集成芯片与系统宇宙要点实验室、芯片与系统前沿技能究诘院周鹏 - 刘春森团队完成。

周鹏教育现任复旦大学微电子学院副院长，长久从事集成电路新材料、新器件和新工艺的究诘。

周鹏本科和博士均就读于复旦，2005 年博士毕业后留校责任，并于 2013 年景为教育。

博士生导师刘春森，是周鹏教育的博士毕业生，2019 年毕业后留校从事博士后究诘，2021 年 7 月于今担任后生究诘员。

在此形势中，周鹏和刘春森为共同通信作家，同期刘春森还与 Yutong Xiang 和 Chong Wang 为共吞并作。

论文地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08839-w

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