我国开创第三类存储技术:可存储10年,写入速度是U盘的一万倍

2018年4月13日 09 : 38

如今的数据存储方面主要有两种途径:第一类是易失性存储,例如计算机中的内存,掉电后数据会立即消失;第二类是非易失性存储,例如人们常用的U盘,在写入数据后无需额外能量可保存10年。前者易失性存储可在几纳秒左右写入数据,第二类非易失性存储需要几微秒到几十微秒才能把数据保存下来(1微秒=1000纳秒)。

然而,这两类存储技术各有各的问题。易失性存储速度快,但是保存期限短。非易失性存储虽能满足数据存储年限的要求,可写入速度却足足慢了几千倍。

对于这种长期以来存储设备只能在其中二选一的难题,中国得到了突破性的进展。近日,复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏团队实现了具有颠覆性的二维半导体准非易失存储原型器件,开创了行业中的第三类存储技术,让“写入速度”与“非易失性”二者兼得。





新型电荷存储技术已经可以达到10纳秒的数据写入速度,写入速度比目前U盘快一万倍,数据刷新时间也是内存技术的156倍。与此同时,数据在写入之后保存年限非常久。即使无外界能量输入,信息也可以保存最多10年。不仅如此,数据的存储实现了按需定制(10秒-10年)的可调控数据准非易失特性,过期就自动消失。这种全新特性不仅在高速内存中可以极大降低存储功耗,同时能实现数据有效期截止后自然消失,在特殊应用场景解决了保密性和传输的矛盾。

这种突破性的技术解决了国际半导体电荷存储技术中“写入速度”与“非易失性”难以兼得的难题。相关成果以《用于准非易失应用的范德瓦尔斯结构半浮栅存储》为题,在线发表于《自然·纳米技术》杂志。

图.用于准非易失应用的范德瓦尔斯结构半浮栅存储

为了研发出两种性能可兼得的新型电荷存储技术,该团队创新性地选择了多重二维半导体材料,堆叠构成了半浮栅结构晶体管:二氧化钼和二硒化钨像是一道随手可关的门,电子易进难出,用于控制电荷输送;氮化硼作为绝缘层,像是一面密不透风的墙,使得电子难以进出;而二硫化铪作为存储层,用以保存数据。经过测试,研究人员发现这种基于全二维材料的新型异质结能够实现全新的第三类存储特性。

周鹏表示:“选择这几种二维材料,将充分发挥二维材料的丰富能带特性。一部分如同一道可随手开关的门,电子易进难出;另一部分像一面密不透风的墙,电子难以进出。只要调节“门”和“墙”的比例,就可以实现对“写入速度”和“非易失性”的调控。





最重要的是,二维材料可以获得单层的具有完美界面特性的原子级别晶体,这对集成电路器件进一步微缩并提高集成度、稳定性以及开发新型存储器都有着巨大潜力,是降低存储器功耗和提高集成度的崭新途径。基于二维半导体的准非易失性存储器可在大尺度合成技术基础上实现高密度集成,为未来的新型计算机奠定基础。

科研人员称,基于二维半导体的准非易失性存储器可在大尺度合成技术基础上实现高密度集成,将在极低功耗高速存储、数据有效期自由度利用等多领域发挥重要作用。





这项科学突破由复旦大学科研团队独立完成,复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室为唯一单位。该项工作得到国家自然科学基金优秀青年项目和重点研究项目的支持。面对如此新颖的第三类存储技术,小编只想说,赶紧市场化起来,让三星、海力士难过去吧。


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