image: （a）基于连续金属浮栅的闪存器件电荷渗透模型示意图。（b）基于离散金属颗粒浮栅的闪存器件电荷渗透模型示意图。（c）性能对比图。（d）NAND逻辑电路波形图。（e）NOR逻辑电路波形图。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
特别值得关注的是，该新型浮栅存储器展现出超快与高可靠性的双重优势，其20纳秒操作速度与十年级数据保持能力，为高性能计算与高可靠性存储领域提供了突破性解决方案。通过创新性地将“存内计算”架构融入非易失性存储器件，该技术成功实现了存储单元与逻辑运算的深度融合，为下一代低功耗、高密度AI芯片设计开辟了全新路径。
相比传统硅基闪存，二维材料与金属纳米晶的协同创新提升了存储器的性能。本研究采用六方氮化硼（h-BN）作为原子级平整隧穿层，其超低缺陷密度与无悬挂键特性有效抑制了电荷陷阱干扰；离散铂（Pt）纳米晶浮栅结构则通过空间电荷隔离机制，将单缺陷漏电导致的电荷泄漏风险降至最低。实验结果显示，该器件具备较大的存储窗口，通过调节栅极电压可以实现可区分的3比特存储。在2万次编程/擦除循环后仍保持优异耐久性，展现出超强的鲁棒性。
团队在浮栅存储器的基础上成功集成反相器与NAND/NOR逻辑电路，验证了其“存内计算”架构的可重构性与实用性。相较于传统分离式存储与逻辑单元设计，该方案直接利用存储单元完成逻辑运算，简化了电路复杂度。这一突破性成果标志着二维半导体器件从单一功能单元向“存储-计算一体化”复杂电路的关键跨越。
该成果不仅解决了高性能存储器在速度与可靠性间的长期矛盾，更通过原子级界面控制与工艺兼容性设计，为高密度非易失性存储、存内计算及低功耗AI芯片领域提供了核心器件支撑。未来团队将依托新型存储技术体系，通过与硅基产线兼容的集成工艺，加速2D存储芯片从实验室到高价值市场的转化，推动我国在后摩尔时代半导体技术竞争中占据战略制高点。
该项研究工作由复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院、芯片与系统前沿技术研究院、浙江绍芯实验室（绍兴复旦研究院）联合完成。通讯作者为周鹏教授、刘春森研究员、汪洋青年研究员，第一作者为厉楚航博士生。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、新基石科学基金、上海市基础特区计划、教育部创新平台青年科学家等项目的资助。