原子级薄膜重定义存储：中国科学家率先实现2D闪存芯片工业化突破

抖音热门 2025年10月11日 19:49 0 aa

信息来源：https://www.chinadaily.com.cn/a/202510/10/WS68e8c5bda310f735438b43f6.html

人工智能时代对数据存储速度的需求正在重新塑造半导体产业的发展方向。复旦大学研究团队成功开发出全球首款全功能2D闪存芯片，这一突破性成就不仅将超快存储技术从实验室概念推向工程实现，更为解决当前AI计算系统的存储瓶颈提供了革命性解决方案。该芯片实现了94.3%的存储单元良率，运行速度超越现有闪存技术，标志着二维半导体材料首次成功融入成熟的硅基工业平台。

这项发表在《自然》杂志上的研究成果，解决了困扰全球半导体界的关键技术难题：如何将仅有几个原子厚度的二维材料与传统硅基芯片技术有效结合。复旦大学集成芯片与系统国家重点实验室的科学家们通过创新的模块化集成方法，成功实现了原子级薄膜与CMOS电路的紧密耦合，为下一代颠覆性电子器件的产业化应用开辟了全新路径。

传统半导体技术发展历程告诉我们，从首个半导体晶体管原型到首个CPU的诞生历经了24年漫长时间。然而，复旦团队通过将新兴2D技术战略性地集成到现有CMOS平台中，显著压缩了这一技术转化周期。论文第一作者兼通讯作者刘春森表示，这种集成策略为未来加速探索颠覆性应用提供了可行模式。

技术创新背后的工程挑战

上海复旦大学的一个研究小组开发出了世界上第一个全功能的、由系统集成实现的2D闪存芯片。[图片来源：中国日报网]

二维半导体材料与传统硅材料在物理特性上存在根本差异。硅晶片通常厚达数百微米，而二维半导体材料的厚度仅在原子级别，相当于不足1纳米。这种极端的厚度差异带来了前所未有的工程挑战。

CMOS电路表面由于底层组件的存在而相当粗糙，直接在其上放置薄如原子层的二维材料极易导致材料破裂。论文通讯作者周鹏形象地解释道："这就像从太空看上海，表面似乎平坦，但城市内部有着不同高度的建筑。如果在城市上铺设薄膜，薄膜本身不可能保持平整。"这一比喻准确地诠释了为什么全球研究者此前只能在极其平坦的原生基底上处理二维材料的原因。

复旦团队的突破在于选择了具有一定柔性的二维材料作为起点，并开发了独特的模块化集成方法。他们在成熟CMOS电路上制作二维存储电路，采用高密度单片互连技术实现不同模块间的通信。这一创新工艺使得二维材料能够在原子尺度上与CMOS基底实现紧密耦合。

该芯片展现出的性能指标令人瞩目。它支持8位指令操作和32位高速并行操作，具备随机访问能力，更重要的是运行速度超越了当前所有闪存技术。这一成就建立在团队今年4月在《自然》杂志发表的PoX 2D闪存原型基础之上，该原型实现了前所未有的400皮秒程序速度，创下半导体电荷存储技术的最快纪录。

产业化前景与战略意义

从技术可行性角度来看，存储器件很可能成为首类实现工业化的二维电子设备。周鹏指出，存储设备对材料质量和制造工艺的要求相对宽松，同时其性能指标远超现有技术，这使得其产业化前景更加光明。

当前AI系统的性能瓶颈正从前端计算能力转向后端存储和数据处理能力。随着AI模型规模不断扩大，对高速、低功耗存储技术的需求变得愈发迫切。传统存储技术的速度和功耗限制已成为制约AI计算系统发展的关键瓶颈，二维闪存技术的突破为解决这一问题提供了重要契机。

研究团队已成功完成芯片的tape-out流程，这标志着技术已从概念验证阶段进入工程化实施阶段。未来三到五年内，团队计划建立试点生产线，与相关机构合作推进工程项目，目标是将技术扩展到兆字节级规模。这一时间表显示了技术产业化的现实可行性。

行业专家对该技术的应用前景表示乐观，认为这一成就将以超越传统技术发展周期的速度实现从实验室到大规模应用的转化。个人电脑、移动设备等消费电子产品有望成为首批受益的应用场景，进而推动整个信息技术产业向高速时代迈进。

全球竞争格局中的中国创新

这项研究被周鹏称为中国集成电路领域的"源技术"，使中国在下一代核心存储技术方面占据领先地位。在全球半导体竞争日益激烈的背景下，这种原创性技术突破具有重要的战略意义。

二维材料的工业化应用一直是全球半导体界追求的目标，但技术集成的复杂性使得相关研究长期停留在实验室阶段。复旦团队的成功不仅在技术层面实现了重要突破，更在工程化路径上为全球同行提供了宝贵经验。

该技术的成功开发展现了中国在基础科学研究向实际应用转化方面的能力提升。通过将前沿材料科学与成熟工业技术相结合，中国科学家为全球半导体产业发展贡献了重要的技术方案。

未来随着试点生产线的建立和工程项目的推进，这一技术有望在全球范围内产生示范效应，推动二维半导体材料在更多领域的产业化应用。从长远角度来看，这种原子级薄膜存储技术可能会重新定义整个存储产业的技术路线，为信息技术的下一轮发展浪潮提供基础支撑。

随着人工智能、物联网、边缘计算等新兴技术领域对高性能存储器件需求的持续增长，复旦团队开发的2D闪存芯片技术有望在未来几年内实现大规模商业化应用，为全球信息技术产业发展注入新的动力。

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