近日，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室的周鹏-刘春森团队宣布，在二维电子器件工程化领域取得重大突破。该团队成功研发出全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片，相关成果以《全功能二维-硅基混合架构闪存芯片》为题，于北京时间10月8日晚间在《自然》期刊上发表。
当前，集成电路制造的主流工艺仍是CMOS技术，市场中的大部分芯片均采用该技术生产。然而，复旦团队认为，若要加速新技术孵化，需将二维超快闪存器件与CMOS传统产线深度融合。这种融合不仅能为CMOS技术带来突破，还能缩短新一代颠覆性器件的应用周期。
团队研发的“长缨（CY-01）”架构，正是这一理念的实践。该架构将此前问世的“破晓（PoX）”二维超快闪存器件与成熟硅基CMOS工艺结合，实现了混合架构的工程化。基于CMOS电路控制的二维存储核心，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94.3%，性能远超现有Flash闪存技术。
“从第一个原型晶体管到第一款CPU，传统路径花了约24年。而我们通过融入现有CMOS产线，大幅压缩了这一过程。”团队成员刘春森表示，未来可进一步加速探索颠覆性应用。
实现这一突破并非易事。硅材料与二维材料的差异巨大：硅片厚度通常在几百微米，而二维半导体材料仅1-3个原子厚，如同“蝉翼”般脆弱。直接将二维材料铺在CMOS电路上，极易导致材料破裂，更无法实现电路性能。为此，团队决定从二维材料本身的柔性入手，采用模块化集成方案。
具体而言，团队先将二维存储电路与CMOS电路分离制造，再通过高密度单片互连技术（微米尺度通孔）实现完整芯片集成。这一创新工艺，使二维材料与CMOS衬底在原子尺度上紧密贴合，最终实现了超过94%的芯片良率。
团队还提出了跨平台系统设计方法论，涵盖二维-CMOS电路协同设计、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”。此前，团队在2024年的《自然-电子学》上发表了第一项集成工作，在最理想的原生衬底上实现了二维良率的突破，为后续在复杂CMOS衬底上解决问题奠定了基础。
目前，该芯片已成功流片，标志着从基础研究到工程化应用的跨越。团队下一步计划建立实验基地，与相关机构合作推进工程化项目，计划用3-5年时间将项目集成到兆量级水平，并将产生的知识产权和IP授权给合作企业。
