原子级超薄芯片突破有望带来更快、更薄、更省电的设备

由上海复旦大学刘春森研究员领导的研究小组创造出了有史以来第一块全功能的二维CMOS芯片，它将原子级超薄二维存储单元与传统硅芯片结合在一起。自然》（Nature）杂志详细介绍了这一成果，它弥补了二维材料的概念潜力与实际应用之间的差距。

几十年来，科学家们一直在努力缩小硅芯片上的电路，但这项技术现在已接近其物理极限。只有单层原子厚度的二维材料有望解决这一问题，但由于二维材料的脆弱性和不稳定性，将其与传统处理器集成一直是一个重大的工程障碍。

为了克服这些挑战，研究小组提出了一种新技术，他们称之为原子芯片（Atom2Chip）。这项技术涉及几项关键创新，包括全栈式芯片工艺，可将二维材料（单层二硫化钼）集成到 CMOS 芯片的粗糙表面上，以及保护脆弱原子层的特殊封装。研究人员还设计了一个新的跨平台系统，以确保新型二维电路能与成熟的 CMOS 平台无缝通信。

结果，这不仅仅是一个简单的实验室原型，而是一个全功能的 1-Kb 2D NOR 闪存芯片，能够进行复杂的指令驱动操作。在测试中，该芯片的时钟频率为 5 MHz，编程和擦除速度快达 20 纳秒，能耗低。

这种二维闪存芯片是下一代存储器件的蓝图，有望实现更高的密度和能效。虽然演示的重点是数据存储，但同样的方法有朝一日也可能应用于处理器。这种进步可能会带来更快、更薄、更省电的设备。