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近日，上海復旦大學科研團隊研制出了一種超高速閃存技術，其擦寫速度可提升至亞1納秒（400皮秒），相當于每秒可執行25億次操作，是迄今為止世界上最快的半導體電荷存儲技術。

這一成果由復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室的周鵬和劉春森團隊主導完成，他們通過構建準二維泊松模型，在理論上預測了超注入現象，并據此研發了名為“破曉（PoX）”的新型閃存技術，成功突破了存儲速度的理論極限。   

浮柵晶體管是閃存的基本存儲單元，由源極（Source）、漏極（Drain）、控制門（Control Gate）和浮動柵（Floating Gate）組成。其中，浮動柵位于源極和漏極之間，并被一層絕緣氧化層隔開，從而實現電荷的存儲功能。

當電子從源極通過溝道向漏極移動時，如果控制門施加高電壓，電子會通過隧穿效應進入浮動柵并被捕獲，這一過程稱為編程。此時，浮動柵上的電荷改變了晶體管的閾值電壓（Threshold Voltage），從而實現信息存儲。

劉春森介紹，“過去為閃存提速的思路，是讓電子在跑道上先熱身加速一段時間，等具備了高能量再按下開關。” 然而，在傳統理論機制下，電子的“助跑”距離長、提速慢，半導體特殊的電場分布也決定了電子加速存在理論上限，令閃存存儲速度無法突破注入極值點。

對于這一難題與挑戰，該研究團隊從存儲器件的底層理論機制出發，提出了一條全新的提速思路——通過結合二維狄拉克能帶結構與彈道輸運特性，調制二維溝道的高斯長度，從而實現溝道電荷向浮柵存儲層的超注入。在超注入機制下，電子無需“助跑”就可以直接提至高速，而且可以無限注入，不再受注入極值點的限制。

該技術利用亞納秒級的超注入閃存存儲方式，實現了極高的存儲速度，其皮秒閃存器件的擦寫速度闖入亞1納秒大關（400皮秒），相當于每秒可執行25億次操作，性能超越同技術節點下世界最快的易失性存儲SRAM技術。這使其成為目前人類掌握的最快半導體電荷存儲器件。

未來3-5年，該研究團隊計劃將其集成到幾十兆的水平，以授權給企業進行產業化。

目前，相關成果以《亞納秒超注入閃存》（Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection）為題已在《自然》（Nature）期刊上發表。