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近日，复旦大学团队研发出一种名为“破晓（PoX）”的皮秒级闪存器件，其擦写速度达到亚纳秒级别，比现有技术快1万倍，数据保存年限据实验外推可达十年以上。相关研究成果已登上国际顶级期刊《Nature》。

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的周鹏-刘春森团队完成。周鹏教授现任复旦大学微电子学院副院长，长期致力于集成电路新材料与新器件的研究。刘春森博士为青年研究员，与周鹏教授共同担任论文通讯作者。

传统闪存器件中，硅材料的性能受限于电子有效质量和声子散射等因素，导致热载流子注入效率较低。复旦大学团队通过将硅替换为石墨烯和二硒化钨等二维材料，成功实现了亚纳秒级的擦写速度。

研究发现，二维材料的独特能带结构和电学特性显著提升了热载流子注入效率。以石墨烯为例，其载流子有效质量接近于零，迁移率极高，散射概率大幅降低。当沟道厚度减小至2纳米左右时，漏端附近的峰值电场强度是传统体硅器件的数倍，这使得载流子能够在极短距离内被加速至高能量，从而大幅提高了注入效率。

器件结构与制备工艺

团队基于石墨烯和二硒化钨分别制备了两种闪存器件，均采用“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。其中，石墨烯版本的存储堆叠结构还包含一个电荷存储层。

制备过程中，研究人员通过机械剥离法获得原子级厚度的二维材料薄片，并采用干法转移技术将其转移到硅/二氧化硅衬底上。随后，通过电子束曝光和金属蒸镀工艺制备源极和漏极金属电极。为优化性能，团队还引入了六方氮化硼作为绝缘隔离层，并通过等离子体增强化学气相沉积法沉积氧化铝和二氧化铪薄膜，形成高效的“二元介质层”结构。

最终，石墨烯版本的闪存器件在通道长度为0.2微米时，实现了400皮秒的编程速度，打破了传统闪存1纳秒的速度瓶颈，每秒可操作25亿次。