作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/12/22 21:59:20
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高速、低功耗新型Sc-Sb-Te相变存储材料获重大发现
中科院上海微系统所举行高水平文章发布报告会

王曦院士为宋志棠团队颁发奖状和奖金


上海微系统所所长、国家02专项副总师王曦讲话


宋志棠研究员作相关研究报告

科学网12月22日上海讯(记者黄辛)为鼓励广大科技人员融入科技创新主战场,促进学术繁荣和鼓励科技人才成长,中科院上海微系统所今天下午举行Science高水平文章发布报告会,表彰宋志棠研究员课题组在高速、低功耗新型Sc-Sb-Te相变存储材料研究中的重大科学发现。据悉,上海微系统与信息技术研究所联合中芯国际集成电路制造有限公司,选择以嵌入式相变存储器(PCRAM)为切入点,在国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”专项(02专项)、国家自然科学基金、中国科学院A类战略性先导科技专项、上海市领军人才、上海市科委等项目的资助下,经过十余年的研究,在存储材料筛选、存储芯片设计、PCRAM的基础制造技术等方面取得系列重要科技进展。

据悉,相关研究成果具有独立自主知识产权(国际专利PCT/CN2016/096334,中国专利201510697470.2)。今年11月9日,《科学》期刊以题为“Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable subnanosecond memory writing” 在线发表这一重要研究成果,并在12月15日的期刊上刊出。这是上海微系统所在Science正刊上发表的重要学术论文,也是国内先进存储技术关键核心材料领域的第一篇学术论文。

报告会由上海微系统所党委书记齐鸣主持;副所长谢晓明宣读了上海微系统所对PCRAM项目组的表彰决定。中科院院士、上海微系统所所长、国家02专项副总师王曦为团队颁发了奖状和奖金。

王曦在讲话中表示,PCRAM团队在宋志棠研究员的带领下,从2002年至今,经过近15年的刻苦钻研所取得的成果值得祝贺。他希望科学家们能百尺竿头,更进一步,在现有基础上作出更大的成绩。能面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向国民经济主战场,助力创新驱动,努力为践行中科院新时期办院方针,融入上海市科创中心建设作出新的贡献。

集成电路产业是“十三五”国家战略新兴产业。存储器是集成电路最重要的技术之一,是国家核心竞争力的重要体现。我国作为全球电子产品的制造基地,存储器的自给能力还相对较弱。国外三星、英特尔等大型半导体公司对存储器技术与产品的垄断,对我国信息产业发展与信息安全形成重大隐患。发展我国自主知识产权的新型半导体存储技术迫在眉睫。

目前,国际上通用的相变存储材料是“锗锑碲”(Ge-Sb-Te)。近年来,集成电路技术的发展对存储器芯片的功耗、寿命、尺寸、持久力等各项性能指标均提出了更高要求,世界各国科学家都在加紧攻关存储材料研发。

中科院上海微系统与信息技术研究所宋志棠科研团队在新型相变存储材料研究方面取得重大突破,在自主相变八面体基元与面心立方亚稳态理论的指导下,创新提出一种两个八面体晶格与电子结构相匹配的研发思路,来设计新型相变材料,以稳定八面体作为成核中心来减小非晶成核的随机性实现相变材料的高速晶化。通过第一性理论计算与分子动力学模拟,从众多过渡族元素中,优选出钪、铱(Sc、Y)作为掺杂元素,通过存储单元存储性能测试,尤其是对存储单元高速擦写的测试,发明了高速、低功耗、长寿命、高稳定性的“钪锑碲”(Sc-Sb-Te)相变材料,利用0.13um CMOS工艺制备的Sc-Sb-Te基相变存储器件实现了700皮秒的高速可逆写擦操作,循环寿命大于107次。相比传统Ge-Sb-Te基相变存储器件,其操作功耗降低了90%,且十年的数据保持力相当。通过进一步优化材料与微缩器件尺寸,Sc-Sb-Te基PCRAM综合性能将会得到进一步提升。 研究表明,Sc-Te稳定八面体作为成核生长核心是高速、低功耗的主要原因;晶格与电子结构匹配是长寿命主要原因;稳定八面体抑制面心立方向六方(FCC-HEX)转化也是高速、低功耗的原因之一。

据了解,Sc-Sb-Te相变存储材料的重大发现来自于中科院上海微系统所科研团队在相变存储器方面的长期科研工作积累。该科研团队还发现了比国际量产的Ge-Sb-Te性能更好的Ti-Sb-Te自主新型相变存储材料;自主研发了具有国际先进水平的双沟道隔离的4F2高密度二极管技术;开发出了我国第一款8Mb PCRAM试验芯片;所开发的基于0.13umCMOS工艺的打印机用嵌入式PCRAM产品已获得首个750万颗的订单;所开发的基于40nm高密度二极管技术、具有最小单元尺寸的自读存储器已经开始送样;所研制的40nm节点PCRAM试验芯片的单元成品率最高达99.999%以上,甚至有不加修正4Mb、64Mb PCRAM芯片,现已提供客户在先进信息系统上试用。

会上,宋志棠研究员代表团队分享了相变存储研发动态以及项目组坚持不懈探索技术创新和成果产业化的心路历程。

他表示,新型相变材料的这些性能表现,从物理上解决了存储器低功耗与高速擦写问题,配上自主开发的已在量产芯片上用过的高速读出电路(US8947924),就可以形成我国新一代最先进存储器。如将在高密度、三维存储芯片上进一步对该材料进行验证,对于我国突破国外技术壁垒,开发自主知识产权的存储器芯片具有重要价值;对实现我国存储器技术的跨越式发展、促进我国信息产业繁荣、维护我国信息安全具有战略意义。

自然科学基金委信息学部四处处长潘庆、中国科学院前沿科学与教育局技术科学处处长孔明辉、北京大学教授张兴、 02国家科技重大专项管理办公室专家马振宇、上海市科学技术委员会高新处副处长宋扬、主管陈明、上海市集成电路研发中心董事长赵宇航 、上海纳米中心主任闵国权、中芯国际集成电路制造有限公司执行副总裁周梅生、华克路以及上海微系统所中层以上干部、科研骨干、研究生等参加了报告会。

与会专家纷纷表示,为宋志棠和团队的执着、坚持所感动。十年磨一剑,他们期待团队能不忘初心,在基础研究取得原创性重大突破进展的同时,在科技成果产业化和服务于国民经济建设主战场取得更大的成果。

 
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