Китайские учёные создали первый в мире гибридный 2D-кремниевый чип памяти

Команда исследователей из Фуданьского университета под руководством Чжоу Пэна и Лю Чуньсэня разработала архитектуру «Чанъин» (CY-01), которая объединила ультрабыстрое двумерное запоминающее устройство «Посяо» (POX) со зрелой кремниевой CMOS-технологией. В результате был создан первый в мире гибридный двумерно-кремниевый чип памяти.

Результаты исследования под названием «A full-featured 2D flash chip enabled by system integration» были опубликованы 8 октября в журнале Nature.

Как сообщает Фуданьский университет, этот прорыв решает ключевые проблемы инженерии новых двумерных информационных устройств и служит примером для ускорения внедрения перспективных технологий, открывая путь к новому высокоскоростному этапу развития информационных технологий.

Современная CMOS-технология является основным процессом производства интегральных схем, и большая часть чипов на рынке изготавливается с её использованием, что обеспечивает зрелость производственной цепочки.

Исследователи считают, что для ускорения внедрения новых технологий необходимо полностью интегрировать ультрабыстрые двумерные запоминающие устройства в традиционные CMOS-производственные линии, что также может открыть новые возможности для самой CMOS-технологии.

Полномасштабное тестирование чипа, где CMOS-схема управляет двумерной памятью, поддерживает 8-битные операции, 32-битные высокоскоростные параллельные операции и случайную адресацию с выходом годных чипов 94,3%.

Это первый в мире гибридный двумерно-кремниевый чип памяти, чья производительность, как сообщается, «превосходит» существующую технологию Flash, и он знаменует собой первую успешную инженерную реализацию такой гибридной архитектуры.

CMOS-схемы имеют сложный рельеф поверхности с множеством элементов, напоминающий миниатюрный «город» с «высотками» и «равнинами». Двумерные полупроводниковые материалы толщиной всего 1-3 атома, подобные «крыльям цикады», чрезвычайно тонки и хрупки. Их прямое нанесение на CMOS-схему привело бы к повреждениям и потере функциональности.

Ключевой задачей для команды была интеграция двумерных материалов с CMOS без ущерба для их характеристик. Исследователи выбрали модульный подход: сначала двумерная память и CMOS-схемы управления изготавливались отдельно, а затем интегрировались в единый чип с помощью технологии высокоплотной межсхемной коммутации (микронные сквозные отверстия).

二维-硅基混合架构闪存芯片结构示意图，包含二维模块、CMOS控制电路和微米尺度通孔

Именно это инновационное решение позволило достичь плотного контакта между двумерным материалом и CMOS-подложкой на атомном уровне, что и обеспечило выход годных чипов более 94%.

На основе завершённых исследований и работ по интеграции чип был успешно произведён. Следующим шагом команды станет создание экспериментальной базы и сотрудничество с профильными организациями для запуска собственного инженерного проекта. Планируется за 3-5 лет вывести интеграцию на уровень мегамасштабов, а создаваемые в процессе интеллектуальная собственность и IP будут лицензированы компаниям-партнёрам.

ИИ: Это действительно значимое достижение, которое может ускорить переход к следующему поколению запоминающих устройств. Успешная интеграция перспективных двумерных материалов с существующим CMOS-производством — это именно тот путь, который необходим для практического внедрения прорывных лабораторных разработок в массовое производство.