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这两天华中科技大学在《自然通讯》（Nature Communication）杂志发表了题为“基于相变边缘接触的高速、耐久二维浮栅存储器”的研究论文
浮栅晶体管作为一种电荷存储器，是构成当前大容量固态存储芯片发展的核心元器件。然而，当前商业闪存内硅基浮栅存储器件所需的擦写时间约10μs-1ms范围，远低于计算单元CPU的数据处理速度(~ns) ，而其循环耐久性约为105次，也难以满足频繁的数据交互。随着计算机数据吞吐量的爆发式增长，突破传统浮栅晶体管擦写速度、耐久性等瓶颈，发展一种可兼顾高速、耐久特性的存储技术势在必行
华科的这篇论文所开发的技术就是突破了当前存储芯片读写速度和耐久性，下面我来解读一下华科的论文
论文解读
1）华科开发了基于MoS2/hBN/少层石墨烯异质结构的闪存器件结构,以及使用相变控制的边缘接触。插入的电流-电压曲线显示了通过控制栅压可以在两种状态间切换，具体技术实现如上图所示
a ,b显示了基于MoS2/hBN/石墨烯的vdW异质结构闪存器件的结构示意图。MoS2是沟道材料,hBN是隧穿介质,石墨烯是浮栅。通过在MoS2边缘区域锂间接掺杂,实现了从2H相到1T相的相变,形成了相变控制的边缘接触。
c ,d 插入的I-V曲线显示,通过控制栅压,器件呈现明显的记忆窗口,实现了两种可区分的状态
2）技术优势如上图：a,b,c,d比较了在相同vdW异质结构上,使用边缘接触和传统顶部接触的闪存器件的编程/擦除性能。e,f测试了不同电压幅值和脉宽下的编程/擦除速度。
结果显示：在相同条件下,边缘接触器件的操作速度比顶部接触器件快2-3个数量级。统计分析了大量器件的数据,进一步验证了边缘接触的优势
3）a,b通过能带图解释了边缘接触和顶部接触条件下的充注入机制。边缘接触可以形成易调节的Schottky障壁,有利于热载流子发射。c电容-电压曲线显示边缘接触器件的界面态密度更低。d温度依赖性实验表明边缘接触可以减少界面散乱态的影响
4）a展示了边缘接触器件实现了超快速(10/100 ns)的编程/擦除。b数据保持时间可达10年以上。c,d循环寿命超过300万次(单bit模式)。多bit模式下也实现了8万次循环。性能优于当前商用硅基闪存
研究亮点
根据我的理解,华科这篇文章报道的MoS2基闪存芯片（目前商用的基于硅基）研究有以下几个亮点:
利用相变控制实现边缘接触,首次同时实现了超高速(10-100 ns)与超强稳定性(数据保持>10年,循环寿命>300万次)。
边缘接触可以有效地进行热载流子注入,大大提高了对浮栅的充注入效率,这是实现超高速操作的关键。
与传统顶部接触相比,边缘接触可以形成易调节的 Schottky 障壁,减少界面散乱态的影响。
相比已报道的其他2D材料闪存,该器件的综合性能更优异,实现了“速度-保持时间-循环寿命”的全面优化。
接触工程被证明是改进2D材料存储器件性能的有效策略,为未来快速稳定存储提供了新思路。
器件性能优于现有商用硅基闪存,展示了2D存储器件的巨大应用潜力（自己想吧）。
高密度集成时的精确接触工程仍需进一步研究。器件的超高速特性可应用于对吞吐量要求极高的场景。大家想一下这种存储芯片用在人工智能大模型训练等场景会有多么凶残
工作展示了通过接触工程突破传统难题的思路,对存储器技术发展具有重要启示意义。
结语
华科通过接触工程实现了2D闪存的全面性能优化,开创了高速稳定存储新方向,对未来中国以及世界存储芯片技术发展具有重要意义
一句话来说，华科发明了一种新的二维浮栅晶体管结构的存储器件，这是具有巨大应用潜力的重大基础研究，面向存储芯片产业，2d经过垂直堆叠还可以制造现在流行3d闪存，这将进一步彻底改写存储芯片产业格局
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