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信息学院陈杰智教授课题组在微电子器件领域顶级国际会议(IEDM 2021)发表闪存存算一体芯片等三项最新研究成果

发布日期:2021年12月13日    点击次数:

近日,第67届电气电子工程师学会(IEEE)国际电子器件会议(International Electron Devices Meeting,IEDM)在线上线下联合举行,山东大学信息科学与工程学院陈杰智教授课题组的三篇研究论文"In-depth Understanding of Polarization Switching Kinetics in Polycrystalline Hf0.5Zr0.5O2Ferroelectric Thin Film: A Transition from NLS to KAI"(2018级博士生魏巍为第一作者)、"Two Dimensional Silicon Atomic Layer Field-Effect Transistors: Electronic Property, Metal-Semiconductor Contact, and Device Performance"(2019级博士生桑鹏鹏为第一作者)和"Design-Technology Co-Optimizations (DTCO) for General-Purpose Computing In-Memory Based on 55nm NOR Flash Technology"(2021级直博生冯扬为第一作者)在线发表,通讯作者为陈杰智教授,山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。

大数据时代对计算机算力提出了更高的要求,存算一体是从根本上解决传统冯诺伊曼架构算力瓶颈问题以改善计算性能的关键技术之一。目前,存算一体工作大多集中在面向人工智能等应用的专用计算,如何设计面向通用型计算的存算一体架构仍然亟待解决。针对该问题,课题组与中科院微电子所、浙江大学、以及中科智存公司展开研究合作,基于55纳米闪存技术的设计与工艺协同优化(Design-Technology Co-Optimization),在国际上首次提出了面向通用型计算的32比特高精度闪存存算一体设计方案,展示了闪存存算的高精度计算能力以及对阵列单元特性涨落的高容忍能力。

新型氧化铪基铁电材料因其极佳的微缩特性和CMOS工艺兼容性,近十年来一直是学术界和工业界最关心的研究热点,也是未来存储器三维集成技术研发的核心材料之一。课题组与中科院微电子所合作,通过设计的新型脉冲测量技术对多晶铪锆氧铁电薄膜极化翻转过程进行了深入研究。研究发现,当器件尺寸微缩至3.89微米,翻转时间可达纳秒量级;当温度低于161K或者当器件尺寸小于晶粒尺寸时,成核翻转模型将过渡为传统的畴壁移动模型。该研究工作指出,多晶铪锆氧铁电薄膜在亚微米尺寸具备更快的读写速度,并且在低温领域具有巨大的应用潜力。

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二维半导体材料有着超薄厚度和无悬挂键表面,具有抑制短沟道效应和界面缺陷的独特优势,是延续摩尔定律的一类极具潜力的候选材料。课题组着力于与CMOS全面兼容的新型硅基二维半导体材料,系统研究了其本征输运特性以及不同金属作为注入源对电极界面和器件性能的影响。研究发现,hhk-Si-MOSFET可实现高开关比(>105)和高开态电流(~103 µA/µm);而LHD-Si可与Al/Cu/Ag实现欧姆接触,Al作为注入源时LHD-Si-FET开态电流可达到660 µA/µm;冷源电极的设计可进一步帮助LHD-Si-FET实现sub-60 mV/dec的亚阈值摆幅。该研究工作揭示了硅基二维半导体材料在未来纳米器件应用中的巨大潜力。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家基金委重点项目、重大(培育)项目、面上项目、以及山东省杰出青年基金等科研项目的资助。

IEDM始于1955年,是全球报道半导体及电子器件领域最新的科技、设计、制造、物理及建模的主要论坛,也是世界半导体产业界各知名企业和学术机构报告其最新研究成果和技术突破的主要窗口和平台。IEDM影响力巨大,与IEEE Symposium on VLSI Technology(即“集成电路技术国际会议”)并列为微电子器件领域中权威性最高的两个顶级会议,每年Intel、IBM、Samsung和TSMC等国际知名半导体公司都在IEDM会议上发布各自最新研究进展。

2021年度IEDM大会链接:https://www.ieee-iedm.org/technical-program

【 作者:杨文松   摄影:杨文松    来源:信息科学与工程学院     编辑:刘云 丁璇    】

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