復旦大學微電子學院教授張衛、周鵬團隊實現了具有顛覆性的二維半導體準非易失存儲原型器件，開創了第三類存儲技術，解決了國際半導體電荷存儲技術中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題。4月10日，這一重要研究成果將以長文形式在線發表于《自然—納米技術》。

據了解，目前半導體電荷存儲技術主要有兩類：第一類是易失性存儲，例如計算機中的內存，掉電后數據會立即消失；第二類是非易失性存儲，例如人們常用的U盤，在寫入數據后無須額外能量可保存10年。前者可在幾納秒左右寫入數據，第二類電荷存儲技術需要幾微秒到幾十微秒才能把數據保存下來。

這次研發的新型電荷存儲技術，既滿足了10納秒寫入數據速度，又實現了按需定制（10秒—10年）的可調控數據準非易失特性。張衛表示，這種全新特性不僅在高速內存中可以理想降低存儲功耗，還可以實現數據有效期截止后自然消失，在特殊應用場景解決了保密性和傳輸的矛盾。

“這項研究創新性地選擇多重二維材料堆疊構成了半浮柵結構晶體管：二硫化鉬、二硒化鎢、二硫化鉿分別用于開關電荷輸運和儲存，氮化硼作為隧穿層，制成階梯能谷結構的范德瓦爾斯異質結?！敝荠i介紹，選擇這幾種二維材料，將充分發揮二維材料的豐富能帶特性?！耙徊糠秩缤坏揽呻S手開關的門，電子易進難出；另一部分則像一面密不透風的墻，電子難以進出。對‘寫入速度’與‘非易失性’的調控，就在于這兩部分的比例。”

寫入速度比目前U盤快10000倍，數據刷新時間是內存技術的156倍，并且擁有卓越的調控性，可以實現按照數據有效時間需求設計存儲器結構……經過測試，研究人員發現這種基于全二維材料的新型異質結能夠實現全新的第三類存儲特性。同時發現，當利用二維半導體實現新型結構存儲后，會有更多“奇異新特性”。

專家表示，基于二維半導體的準非易失性存儲器可在大尺度合成技術基礎上實現高密度集成，將在極低功耗高速存儲、數據有效期自由度利用等多領域發揮重要作用。

據悉，從技術定義、結構模型到性能分析的全過程，這項科學突破均由復旦大學科研團隊獨立完成。國際評審專家認為，“這項工作具有極強的時效性，也是范德瓦爾斯異構結構器件發展的一個重要里程碑”。并表示，“所制造的器件非常復雜，器件設計提升了范德瓦爾斯異質結構電子應用領域的zui高技術水平”。


來源: 中國科學報