复旦周鹏-刘春森团队再登《自然》：攻克关键难题，首创二维-硅基混合架构闪存芯片

在信息技术领域，存储速度的极限始终是制约人工智能发展的关键瓶颈，也是集成电路行业亟待突破的基础科学难题。高性能存储器的研发需在速度、功耗与集成度之间寻求平衡，但三者往往难以同时达到最优状态。近日，我国科研团队在这一领域取得重大突破，为解决这一难题提供了全新路径。

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复旦大学周鹏-刘春森团队在二维半导体器件研究领域持续深耕，继今年4月推出“破晓”二维闪存原型器件后，再次实现技术跃迁。该团队成功将二维超快闪存与硅基CMOS工艺深度融合，研制出全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片。这一成果攻克了新型二维信息器件工程化的核心难题，标志着二维材料从实验室原型向芯片应用的跨越迈出关键一步。

二维半导体材料厚度仅1-3个原子层，其物理特性使其在集成过程中面临巨大挑战。传统芯片表面虽看似平整，实则存在纳米级起伏，如何将纤薄的二维器件与成熟的CMOS电路集成，成为团队必须攻克的技术难关。为此，研究团队创新提出“原子芯片（ATOM2CHIP）”系统集成框架，开发出片上二维全栈集成工艺，通过模块化制造方案实现功能分离与系统集成。

该工艺采用分步制造策略：二维存储电路与CMOS电路分别独立制备，再通过高密度单片互连技术实现电路融合。团队设计的微米尺度通孔结构，确保了二维器件与CMOS控制电路的高效连接。同时，研究团队构建了跨平台系统设计方法论，涵盖协同设计、接口优化等关键技术，使混合架构芯片兼容运行。实验数据显示，芯片集成良率达94.3%，支持8位指令操作、32位高速并行运算及随机寻址功能。

“破晓”原型器件此前已实现400皮秒超高速非易失存储，刷新了半导体电荷存储技术纪录。此次混合架构芯片的突破，不仅延续了速度与功耗的优势，更解决了工程化应用的核心问题。研究团队通过与产业链深度协作，将原子级器件真正转化为功能芯片，大幅缩短了颠覆性技术从实验室到产业化的周期。

对比半导体发展史，晶体管自1947年诞生后，历经二十余年研发才催生出首颗CPU。而此次突破通过直接融入成熟硅基工艺平台，将原本需要数十年的技术积累压缩至更短时间内完成。这一成果不仅为新一代存储器件提供了工程化范例，更可能推动信息技术进入全新发展阶段。

该研究得到科技部、教育部、国家自然科学基金委等部门专项支持，并依托教育部创新平台开展。研究过程中形成的片上集成工艺、跨平台设计方法论等创新成果，为二维半导体器件的产业化应用奠定了技术基础。