复旦团队研发二维-硅基混合芯片，突破存储技术瓶颈

芯东西10月11日报道，10月8日，复旦大学团队研发的全球首颗二维-硅基混合架构芯片在国际顶级学术期刊Nature上发表。该成果将二维超快闪存与成熟互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺结合，解决了存储速率的技术难题。

据复旦大学公众号介绍，这颗芯片性能“碾压”目前的Flash闪存技术，依托前期完成的研究成果与集成工作，此次打造出的芯片已成功流片。

基于CMOS电路控制二维存储核心的全片测试支持8-bit指令操作，32-bit高速并行操作与随机寻址，良率高达94.34%。

论文题目为《全功能二维-硅基混合架构闪存芯片》。复旦大学集成电路与微纳电子创新学院、集成芯片与系统全国重点实验室研究员刘春森和教授周鹏为论文通讯作者。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09621-8

这是复旦大学在二维电子器件工程化领域再获得的一项里程碑式突破。

今年4月，周鹏-刘春森团队于Nature期刊提出“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒超高速非易失存储。其团队研发的“长缨（CY-01）”架构将二维超快闪存器件“破晓（PoX）”与成熟硅基CMOS工艺融合，研发出一款基于ATOM2CHIP技术实现的全功能二维NOR闪存芯片。

二维材料扩展了硅技术器件可扩展能力，并推动器件机制的根本性创新。尽管二维材料集成或2D-CMOS混合集成方面已取得显著进展，但迄今仍缺乏一种能够将器件优势真正转化为实际应用的完整系统。

当前二维半导体尚无法实现与先进硅技术相媲美的逻辑电路性能。因此，将二维电子学与成熟的硅CMOS逻辑电路结合，是发挥二维电子学系统级优势的一条极具前景的路径。

团队前期经历了5年的探索试错，在单个器件、集成工艺等多点协同攻关。其第一项集成工作发表于2024年的Nature Electronics，在最理想的原生衬底上实现了二维良率的突破。

如何将二维材料与CMOS集成而不破坏其性能，是需要攻克的核心难题。周鹏-刘春森团队决定从本身就具有一定柔性的二维材料入手，通过模块化的集成方案，先将二维存储电路与成熟CMOS电路分离制造，再与CMOS控制电路通过高密度单片互连技术实现完整芯片集成。

这项核心工艺的创新，实现了在原子尺度上让二维材料和CMOS衬底的紧密贴合，最终实现超过94%的芯片良率。

此外，所制备的二维闪存单元支持20纳秒快速操作，且单比特能耗低至0.644皮焦耳。

团队进一步提出了跨平台系统设计方法论，包含二维-CMOS电路协同设计、二维-CMOS跨平台接口设计等，并将这一系统集成框架命名为“长缨（CY-01）架构”。

其跨平台系统设计支持二维NOR闪存芯片的指令驱动型工作模式，具备32位并行处理能力和随机访问功能。这些特性已通过芯片测试得到验证。

展望未来，该团队期待该技术颠覆传统存储器体系，让通用型存储器取代多级分层存储架构，为人工智能、大数据等前沿领域提供更高速、更低能耗的数据支撑。