復旦大學周鵬-劉春森團隊在二維電子器件領域取得重大突破，成功研發全球首顆二維-硅基混合架構閃存芯片。該成果攻克了新型二維信息器件工程化的核心難題，為新一代存儲技術開辟了全新路徑。相關研究以《全功能二維-硅基混合架構閃存芯片》為題，在國際頂級期刊《自然》上發表。
團隊提出的“長纓（CY-01）架構”創新性地將二維超快閃存器件“破曉（PoX）”與成熟硅基CMOS工藝深度融合。這種模塊化集成方案通過高密度單片互連技術，在原子尺度上實現了二維材料與CMOS襯底的精密貼合，芯片良率突破94%。研究團隊指出，這一架構不僅解決了二維半導體材料與CMOS集成的兼容性問題，更為傳統半導體工藝注入了新的發展動能。
面對大數據與人工智能時代對存儲性能的極致需求，傳統存儲器的速度與功耗瓶頸日益凸顯。今年4月，該團隊曾在《自然》期刊發布“破曉”二維閃存原型器件，以400皮秒的超高速非易失存儲性能，創造了半導體電荷存儲領域的新紀錄。此次混合架構芯片的誕生，標志著這項基礎研究成果正式邁向工程化應用階段。
研究團隊歷時五年攻克多項技術難關。二維半導體材料厚度僅1-3個原子層，而CMOS電路表面存在微米級的高度起伏，直接集成會導致材料破裂。團隊通過“分離制造-互連集成”的創新路徑，將二維存儲電路與CMOS控制電路獨立制備，再通過微米尺度通孔實現系統級集成。這種跨平臺系統設計方法論，包含電路協同設計與接口優化等關鍵技術，為二維電子器件產業化提供了完整解決方案。
當前集成電路產業以CMOS技術為主導，全球大部分芯片均采用該工藝制造。團隊認為，將二維超快閃存器件融入現有CMOS產線，既能加速新技術孵化，又能推動傳統工藝升級。實驗數據顯示，二維器件在存儲速度、功耗和集成度方面顯著優于現有技術，特別是在3D堆疊應用中展現出巨大潛力。
據介紹，二維半導體材料體系與傳統硅基工藝存在本質差異。硅片厚度通常達數百微米，而二維材料僅原子級別厚度。這種材料特性差異導致直接集成面臨產線污染風險，全球研究者此前只能在平整原生襯底上加工二維材料。團隊通過柔性材料處理與模塊化集成方案，成功解決了這一行業共性難題。
產業界對該成果給予高度評價。存儲器專家指出，二維器件的天然速度優勢可突破現有閃存的技術平衡，預計每年600億美元的存儲市場將因此迎來變革。投資機構分析認為，該技術形成了“科學-工程-系統”的完整閉環，依托成熟CMOS產線可大幅縮短研發周期，降低商業化門檻。
研究團隊已規劃后續發展路線，計劃在3-5年內將技術集成至兆量級水平。通過建立實驗基地與產學研合作機制，團隊將推動知識產權與IP授權，加速技術向個人電腦、移動終端等消費電子領域的滲透。這項被譽為中國集成電路“源技術”的突破，有望重構存儲技術體系，為人工智能、大數據等領域提供更高效的解決方案。
