在信息技術領域，存儲速度的極限始終是制約人工智能發展的關鍵瓶頸，也是集成電路行業亟待突破的基礎科學難題。高性能存儲器的研發需在速度、功耗與集成度之間尋求平衡，但三者往往難以同時達到最優狀態。近日，我國科研團隊在這一領域取得重大突破，為解決這一難題提供了全新路徑。

復旦大學周鵬-劉春森團隊在二維半導體器件研究領域持續深耕，繼今年4月推出“破曉”二維閃存原型器件后，再次實現技術躍遷。該團隊成功將二維超快閃存與硅基CMOS工藝深度融合，研制出全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片。這一成果攻克了新型二維信息器件工程化的核心難題，標志著二維材料從實驗室原型向芯片應用的跨越邁出關鍵一步。

二維半導體材料厚度僅1-3個原子層，其物理特性使其在集成過程中面臨巨大挑戰。傳統芯片表面雖看似平整，實則存在納米級起伏，如何將纖薄的二維器件與成熟的CMOS電路集成，成為團隊必須攻克的技術難關。為此，研究團隊創新提出“原子芯片（ATOM2CHIP）”系統集成框架，開發出片上二維全棧集成工藝，通過模塊化制造方案實現功能分離與系統集成。

該工藝采用分步制造策略：二維存儲電路與CMOS電路分別獨立制備，再通過高密度單片互連技術實現電路融合。團隊設計的微米尺度通孔結構，確保了二維器件與CMOS控制電路的高效連接。同時，研究團隊構建了跨平臺系統設計方法論，涵蓋協同設計、接口優化等關鍵技術，使混合架構芯片兼容運行。實驗數據顯示，芯片集成良率達94.3%，支持8位指令操作、32位高速并行運算及隨機尋址功能。

“破曉”原型器件此前已實現400皮秒超高速非易失存儲，刷新了半導體電荷存儲技術紀錄。此次混合架構芯片的突破，不僅延續了速度與功耗的優勢，更解決了工程化應用的核心問題。研究團隊通過與產業鏈深度協作，將原子級器件真正轉化為功能芯片，大幅縮短了顛覆性技術從實驗室到產業化的周期。

對比半導體發展史，晶體管自1947年誕生后，歷經二十余年研發才催生出首顆CPU。而此次突破通過直接融入成熟硅基工藝平臺，將原本需要數十年的技術積累壓縮至更短時間內完成。這一成果不僅為新一代存儲器件提供了工程化范例，更可能推動信息技術進入全新發展階段。

該研究得到科技部、教育部、國家自然科學基金委等部門專項支持，并依托教育部創新平臺開展。研究過程中形成的片上集成工藝、跨平臺設計方法論等創新成果，為二維半導體器件的產業化應用奠定了技術基礎。