随着人工智能的快速发展，迫切需要开发高带宽存储技术。1961年，贝尔实验室发明了闪存，由于其简单的机制和支持低成本、高密度集成的能力，闪存现在占非易失性存储器市场的99%以上。然而，闪存的相对较低的速度仍然是一个问题，因为它限制了它在人工智能应用中的性能。二维（2D）材料可以用作闪存的通道材料，以创建提供快速速度的器件。这些器件可以将硅基闪存的编程时间从10-100 μs缩短到10-20 ns。
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院刘春森研究员和微电子学院周鹏教授前期研究表明二维半导体结构能够将其速度提升一千倍以上，实现颠覆性的纳秒级超快存储闪存技术。然而，如何实现规模集成、走向真正实际应用仍极具挑战。研究团队进一步在国际上首次实现了最大规模1Kb纳秒超快闪存阵列集成验证，并证明了其超快特性可延伸至亚10纳米。
研究团队开发了超界面工程技术，在规模化二维闪存中实现了具备原子级平整度的异质界面，结合高精度的表征技术，显示集成工艺显著优于国际水平。通过严格的直流存储窗口、交流脉冲存储性能测试，证实了二维新机制闪存在1Kb存储规模中，纳秒级非易失编程速度下良率高达98%。同时，研究团队研发了不依赖先进光刻设备的自对准工艺，结合原始创新的超快存储叠层电场设计理论，成功实现了沟道长度为8纳米的超快闪存器件，是当前国际最短沟道闪存器件，并突破了硅基闪存物理尺寸极限（约15纳米）。在原子级薄层沟道支持下，这一超小尺寸器件具备20纳秒超快编程、10年非易失、十万次循环寿命和多态存储性能。
该研究成果以题名“A scalable integration process for ultrafast two-dimensional flash memory”发表在《Nature Electronics》上。
论文下载链接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01229-6
