时隔半年，继“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。日前，复旦大学宣布，该校周鹏-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。
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，于北京时间10月8日晚间，在《自然》（Nature）期刊上发表。
复旦大学表示，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。
封装后的二维-硅基混合架构闪存芯片（带PCB板）
据介绍，当前，CMOS技术是集成电路制造的主流工艺，市场中的大部分集成电路芯片均使用CMOS技术制造，产业链较为成熟。
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。
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。
据了解，CMOS电路表面有很多元件，如同一个微缩“城市”，有高楼也有平地，高低起伏。
而二维半导体材料厚度仅有1-3个原子，如同“蝉翼”般纤薄而脆弱，如果直接将二维材料铺在CMOS电路上，材料很容易破裂，更不用谈实现电路性能。
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结构示意图，包含二维模块、CMOS控制电路和微米尺度通孔
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。
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，团队计划建立实验基地，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。
二维-硅基混合架构闪存芯片光学显微镜照片