复旦大学科研团队研发全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片
2025/10/10 10:16:16 材料来源：复旦大学官微
据复旦大学官微消息，近日，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-刘春森团队研发的“长缨（CY-01）”架构，将二维超快闪存器件“破晓（PoX）”与成熟硅基CMOS工艺深度融合，率先研发出全球首颗二维-硅基混合架构芯片。
这是继半年前“破晓（PoX）”皮秒闪存器件问世，复旦大学在二维电子器件工程化道路上再获里程碑式突破。这一突破攻克了新型二维信息器件工程化的关键难题，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。
相关研究成果以《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）为题，于10月8日晚间在《自然》（Nature）期刊上发表。
封装后的二维-硅基混合架构闪存芯片（带PCB板）
当前，CMOS技术是集成电路制造的主流工艺。周鹏-刘春森团队认为，如果要加快新技术孵化，就要将二维超快闪存器件充分融入CMOS传统半导体产线，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�？�、CMOS控制电路和微米尺度通孔
基于CMOS电路控制二维存储核心的全片测试支持8-bit指令操作，32-bit高速并行操作与随机寻址，良率高达94.3%。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。
如何将二维材料与CMOS集成又不破坏其性能，是团队需要攻克的核心难题。团队决定从本身就具有一定柔性的二维材料入手，通过模块化的集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再与CMOS控制电路通过高密度单片互连技术（微米尺度通孔）实现完整芯片集成。
二维-硅基混合架构闪存芯片光学显微镜照片
正是这项核心工艺的创新，实现了在原子尺度上让二维材料和CMOS衬底的紧密贴合，最终实现超过94%的芯片良率。团队进一步提出了跨平台系统设计方法论，包含二维-CMOS电路协同设计、二维-CMOS跨平台接口设计等，并将这一系统集成框架命名为“长缨（CY-01）架构”。
据悉，依托前期完成的研究成果与集成工作，此次打造出的芯片已成功流片。下一步计划建立实验基地，与相关机构合作，建立自主主导的工程化项目，并计划用3-5年时间将项目集成到兆量级水平，期间产生的知识产权和IP可授权给合作企业。
周鹏-刘春森团队表示，期待该技术颠覆传统存储器体系，让通用型存储器取代多级分层存储架构，为人工智能、大数据等前沿领域提供更高速、更低能耗的数据支撑，让二维闪存成为AI时代的标准存储方案。
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