北京時(shí)間 10 月 8 日，復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》（Nature）發(fā)表重磅成果，其研發(fā)的全球首顆二維 - 硅基混合架構(gòu)閃存芯片正式亮相，一舉攻克新型二維信息器件工程化的核心難題，為摩爾定律逼近物理極限的全球性挑戰(zhàn)提供了突破性解決方案。?
此次發(fā)布的混合架構(gòu)芯片，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了原子級(jí)厚度的二維半導(dǎo)體材料與成熟硅基工藝的深度融合。據(jù)論文披露，團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)突破三大工程化瓶頸：一是通過范德華異質(zhì)集成技術(shù)解決二維材料與硅基襯底的界面兼容問題，界面態(tài)密度降至 10? cm?² eV?¹ 以下；二是開發(fā)自對(duì)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)二維器件與硅基電路的精準(zhǔn)互連，良率提升至 85% 以上；三是構(gòu)建混合存儲(chǔ)架構(gòu)，使芯片存儲(chǔ)密度較傳統(tǒng)硅基閃存提升 3 倍，而功耗降低 40%。?
“這不是實(shí)驗(yàn)室里的‘概念芯片’，而是具備全功能的工程化原型。” 團(tuán)隊(duì)核心成員表示，該成果首次證明二維半導(dǎo)體材料可融入現(xiàn)有硅基產(chǎn)業(yè)生態(tài)，打破了 “二維材料雖優(yōu)卻難以量產(chǎn)” 的行業(yè)困局。?
當(dāng)前，硅基芯片制程已逼近 1nm 物理極限，量子隧穿效應(yīng)、短溝道效應(yīng)等問題導(dǎo)致性能提升陷入停滯，IMEC 等機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)二維半導(dǎo)體將在 2039 年成為行業(yè)主導(dǎo)技術(shù)，但此前國(guó)際研究始終卡在 “實(shí)驗(yàn)室樣品” 向 “工業(yè)產(chǎn)品” 轉(zhuǎn)化的關(guān)口 —— 賓夕法尼亞州立大學(xué)雖實(shí)現(xiàn)二維材料計(jì)算機(jī)原型，卻無法兼容現(xiàn)有硅基產(chǎn)線；中科院上海微系統(tǒng)所攻克柵介質(zhì)材料難題后，混合架構(gòu)集成仍無突破。?
復(fù)旦大學(xué)此次成果恰好填補(bǔ)了這一空白。業(yè)內(nèi)專家指出，二維材料的原子級(jí)厚度可使晶體管尺寸突破現(xiàn)有限制，而 “混合架構(gòu)” 設(shè)計(jì)則避免了對(duì)全球數(shù)千億美元硅基產(chǎn)能的顛覆式改造，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供低成本過渡路徑。?
這項(xiàng)突破源自復(fù)旦大學(xué)深耕二十余年的技術(shù)積累。以曾璇教授為首的集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，傳承自我國(guó)首個(gè)半導(dǎo)體專業(yè)創(chuàng)辦者謝希德先生的學(xué)術(shù)脈絡(luò)，長(zhǎng)期聚焦 “卡脖子” 難題。團(tuán)隊(duì)此前已研發(fā)出人工智能電路優(yōu)化工具，效率較人工提升 10 倍，此次跨學(xué)科聯(lián)合微電子、材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者，最終實(shí)現(xiàn)從理論到工程的跨越。?
目前全球二維半導(dǎo)體研究仍處起步階段，復(fù)旦成果使我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn) “從跟跑到領(lǐng)跑” 的轉(zhuǎn)變。據(jù)了解，相關(guān)技術(shù)已與國(guó)內(nèi)頭部芯片企業(yè)達(dá)成合作意向，重點(diǎn)推進(jìn)存儲(chǔ)芯片、低功耗傳感器等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證。若進(jìn)展順利，有望在 3-5 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)中試量產(chǎn)，推動(dòng)我國(guó)在高端芯片領(lǐng)域擺脫對(duì)先進(jìn)制程光刻技術(shù)的依賴。?
“這不僅是一顆芯片的突破，更是為后摩爾時(shí)代提供了‘中國(guó)方案’。” 團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)，混合架構(gòu)的工程化落地，將加速二維半導(dǎo)體從學(xué)術(shù)前沿走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程。
