复旦大学取得重大突破，成功研发出史上最快闪存，操作速度高达每秒25亿次！这一创新成果将极大地推动存储技术的发展，有望为计算机、智能手机等电子设备带来前所未有的性能和速度提升，这一突破性的技术成果将为未来的存储解决方案开辟新的道路，促进数据存储和处理的速度和效率的大幅提升。
史上最快的闪存器件,由复旦团队创新研发！
他们研发的皮秒闪存器件“破晓（PoX）”已经登上了Nature杂志，其擦写速度达到了惊人的亚纳秒级，比现有速度快1万倍。
更令人兴奋的是,该器件的数据稳定性极高，不易丢失，根据实验外推结果，其保存年限可长达十年以上。
具体来看,基于全新的发现，研究团队利用石墨烯等二维材料替换了传统闪存中的硅，成功制作出了这种亚纳（10^-9）秒级闪存器件。
在低至5V的编程电压下,这种器件可以实现400皮（10^-12）秒的超快编程速度，相当于每秒能操作25亿次，该器件的编程/擦除循环寿命超过550万次。
这项工作的核心在于研究人员发现的二维材料增强的热载流子注入机制,在传统硅基器件中，电子的热载流子注入是实现闪存编程的重要手段之一，受限于硅材料的性质，经典热载流子注入机制的效率较低。
研究人员发现,二维材料独特的能带结构和电学特性有望彻底改变这一局面，以石墨烯为例，其独特的线性色散关系使得载流子的有效质量接近于零，因此在相同电场下更容易被加速，石墨烯中电子和空穴的迁移率极高，散射概率大大降低。
当材料的厚度减小到纳米尺度时,器件沟道内部电场分布会发生显著变化，具体而言，器件沟道从源端到漏端可分为高、低电阻两个区域，当沟道厚度减小时，整体电阻率急剧上升，但低电阻区（源端）电阻率的上升幅度要小于高电阻区（漏端），在纳米尺度范围内，载流子能够在极短的时间内被加速至极高能量，散射被大大抑制，垂直方向上超薄的沟道厚度也降低了载流子越过栅介质势垒所需的能量。
在横向加速和纵向注入的双重增强作用下,载流子注入效率较传统硅基器件提高了数个数量级，这种“二维材料增强效应”在不同类型的二维材料中具有普适性。
基于这一原理,研究团队使用石墨烯和二硒化钨（WSe2）两种二维材料分别制备了不同的闪存，两种闪存都采用了“三明治结构”，从上到下依次包括源漏电极、沟道层、存储堆叠结构、金属栅极和硅衬底，石墨烯版的存储堆叠结构中还有一个电荷存储层。
为了制备这种基于二维材料的新型闪存器件,团队首先通过机械剥离的方法从高质量块体二硒化钨和石墨烯晶体上获得了原子级厚度的单层或少层二硒化钨和石墨烯薄片，采用干法转移技术将这些薄片转移到预先制备好的硅/二氧化硅衬底上，在转移完成后，通过电子束曝光和金属蒸镀的方法在二维材料一端制备了源极和漏极金属电极，为了确保金属原子在二维材料表面的均匀生长和紧密贴合，团队对金属蒸镀的条件进行了精细的优化，采用等离子体增强化学气相沉积的方法在器件表面沉积了高质量的氧化铝薄膜和二氧化铪薄膜，形成了“二元介质层”结构。
这种高效的注入机制最终实现了突破性的性能,石墨烯版本闪存器件在通道长度为0.2µm时，实现了400皮秒的编程速度这一突破性的成果打破了闪存1纳秒的速度瓶颈。
该项目由复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、芯片与系统前沿技术研究院周鹏-刘春森团队共同完成，周鹏教授现任复旦大学微电子学院副院长，长期从事集成电路新材料、新器件和新工艺的研究，在此项目中，周鹏和刘春森教授为共同通讯作者，论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08839-w
