《先進(jìn)材料》復(fù)旦大學(xué)超高速存儲(chǔ)器重要進(jìn)展!

大數(shù)據(jù)、人工智能引領(lǐng)信息時(shí)代的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)基于馮諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度無(wú)法與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度相匹配,成為困擾當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展的重要“存儲(chǔ)墻”問(wèn)題。基于前期發(fā)表在《自然.納米技術(shù)》上的二維材料半浮柵存儲(chǔ)器成功將動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的超快寫(xiě)入速度特性和閃存的數(shù)據(jù)保持能力有效的結(jié)合,使得存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫(xiě)入速度得到顯著提升,但二維半浮柵存儲(chǔ)器擦除速度滯后的的問(wèn)題阻礙了其在準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器中的應(yīng)用

為了解決這一難題,近日,復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院研究生栗敬俁在張衛(wèi)教授、周鵬教授指導(dǎo)下利用二維材料異質(zhì)結(jié)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移堆疊技術(shù),結(jié)合對(duì)前階段二維半浮柵存儲(chǔ)器架構(gòu)的總結(jié)和改進(jìn),利用橫向PN結(jié)對(duì)浮柵充放電實(shí)現(xiàn)電子的超高速寫(xiě)入和擦除功能,成功將準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器的擦除速度提升到納秒級(jí)別,構(gòu)造了對(duì)稱(chēng)性的40納秒超快寫(xiě)入擦除操作,優(yōu)化了準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器性能,獲得了準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)器在擦除速度上的重要突破。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。

論文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201808035《先進(jìn)材料》復(fù)旦大學(xué)超高速存儲(chǔ)器重要進(jìn)展!的圖1

準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)器超快寫(xiě)入擦除速度


存儲(chǔ)器作為計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系中重要的組成體系,一直以來(lái)都影響著微電子領(lǐng)域的發(fā)展,而對(duì)于存儲(chǔ)器特性:寫(xiě)入速度,擦出速度,數(shù)據(jù)保持能力等性能的優(yōu)化探索,也決定了存儲(chǔ)器能否更好的滿(mǎn)足實(shí)際的應(yīng)用。通常,傳統(tǒng)存儲(chǔ)器性能無(wú)法同時(shí)兼具超高速寫(xiě)入擦除和超長(zhǎng)數(shù)據(jù)保持兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。因此,將存儲(chǔ)器劃分為具有超高速寫(xiě)入擦除特性的易失性存儲(chǔ)器和具有超長(zhǎng)數(shù)據(jù)保持能力的非易失性存儲(chǔ)器,而前不久研發(fā)得到的二維半浮柵存儲(chǔ)器開(kāi)辟了第三類(lèi)存儲(chǔ)器技術(shù),成功彌補(bǔ)了易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器之間的鴻溝。但是,二維半浮柵存儲(chǔ)器并未解決準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器擦除速度慢的問(wèn)題。

本工作采用橫向柵極直接控制PN結(jié)開(kāi)關(guān),通過(guò)超短電壓脈沖實(shí)現(xiàn)的在橫向柵極上產(chǎn)生電應(yīng)力,加速浮柵中電荷的復(fù)合,成功提升了準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器的擦除速度。該項(xiàng)工作利用了全新的二維材料體系,二維材料MoS2, WSe2, BN等憑借原子級(jí)別厚度,表面無(wú)懸掛鍵,具有豐富的能帶特性,能夠提供從準(zhǔn)金屬到半導(dǎo)體再到絕緣體的多樣的導(dǎo)電性,同時(shí)還具備超高的集成密度和極低功耗,被業(yè)界視為可應(yīng)用在未來(lái)存儲(chǔ)器和計(jì)算技術(shù)的重要候選材料。利用二維材料豐富能帶特性的特點(diǎn),構(gòu)建浮柵PN結(jié)結(jié)構(gòu),利用了PN結(jié)的開(kāi)關(guān)特性,控制電荷對(duì)浮柵的充放電,有效提升了數(shù)據(jù)的寫(xiě)入擦除速度。


《先進(jìn)材料》復(fù)旦大學(xué)超高速存儲(chǔ)器重要進(jìn)展!的圖2

較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間和對(duì)稱(chēng)性存儲(chǔ)操作

本工作不僅大大提升了準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)器的擦除速度,構(gòu)造了對(duì)稱(chēng)性的超快寫(xiě)入擦除操作,還將準(zhǔn)非易失性存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間延長(zhǎng)到14秒,極大程度的降低了由數(shù)據(jù)頻繁刷新過(guò)程所帶來(lái)的功耗問(wèn)題,使得優(yōu)化后的準(zhǔn)非易失存儲(chǔ)器更加具備滿(mǎn)足實(shí)際的應(yīng)用潛力。

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