微电子学院周鹏课题组在超高速准非易失存储器研究上 获得重要进展
2019年02月25日  |  来源:复旦新闻文化网  |  阅读量:2838

大数据、人工智能引领信息时代的飞速发展。传统基于冯诺依曼计算机架构体系的计算机运算速度无法与数据存储速度相匹配,成为困扰当今信息技术发展的重要“存储墙”问题。基于前期发表在《自然.纳米技术》上的二维材料半浮栅存储器成功将动态随机存储器的超快写入速度特性和闪存的数据保持能力有效的结合,使得存储器的数据写入速度得到显著提升,但二维半浮栅存储器擦除速度滞后的问题阻碍了其在准非易失性存储器中的应用,为了解决这一难题,近日,复旦大学微电子学院研究生栗敬俣在张卫教授、周鹏教授的指导下,利用二维材料异质结精准转移堆叠技术,结合对前阶段二维半浮栅存储器架构的总结和改进,利用横向PN结对浮栅充放电实现电子的超高速写入和擦除功能,成功将准非易失性存储器的擦除速度提升到纳秒级别,构造了对称性的40纳秒超快写入擦除操作,优化了准非易失性存储器性能,获得了准非易失存储器在擦除速度上的重要突破。近期,相关成果以《利用范德瓦尔异质结构造准非易失存储器中的对称超快写入擦除速度》(Symmetric Ultrafast Writing and Erasing Speeds in Quasi-Nonvolatile Memory via vander Waals Heterostructures)为题发表在《先进材料》(Advanced Materials)。

存储器作为计算机架构体系中重要的组成体系,一直以来都影响着微电子领域的发展,而对于存储器特性:写入速度,擦出速度,数据保持能力等性能的优化探索,也决定了存储器能否更好的满足实际的应用。通常,传统存储器性能无法同时兼具超高速写入擦除和超长数据保持两个优势。因此,将存储器划分为具有超高速写入擦除特性的易失性存储器和具有超长数据保持能力的非易失性存储器,而前不久研发得到的二维半浮栅存储器开辟了第三类存储器技术,成功弥补了易失性存储器和非易失性存储器之间的鸿沟。但是,二维半浮栅存储器并未解决准非易失性存储器擦除速度慢的问题,该项工作采用横向栅极直接控制PN结开关,通过超短电压脉冲实现的在横向栅极上产生电应力,加速浮栅中电荷的复合,成功提升了准非易失性存储器的擦除速度。

该项工作利用了全新的二维材料体系,二维材料MoS2, WSe2, BN等凭借原子级别厚度,表面无悬挂键,具有丰富的能带特性,能够提供从准金属到半导体再到绝缘体的多样的导电性,同时还具备超高的集成密度和极低功耗,被业界视为可应用在未来存储器和计算技术的重要候选材料。利用二维材料丰富能带特性的特点,构建浮栅PN结结构,利用了PN结的开关特性,控制电荷对浮栅的充放电,有效提升了数据的写入擦除速度。

研究工作不仅大大提升了准非易失存储器的擦除速度,构造了对称性的超快写入擦除操作,还将准非易失性存储器的数据刷新时间延长到14秒,极大程度的降低了由数据频繁刷新过程所带来的功耗问题,使得优化后的准非易失存储器更加具备满足实际的应用潜力。

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