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复旦周鹏半年六登《自然》子刊聚焦二维材料集成电路器件研发

作者:admin 文章来源:本站原创 发布时间:2021-11-24

  周鹏团队16年来深耕集成电路新型器件和系统研究领域,成果丰硕,仅2021年5月以来,已有六项成果接连于《自然-电子学》(Nature Electronics)、《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)、《自然-通讯》(Nature Communications)等《自然》子刊发表。

  累累硕果的背后,是长达数十年的深耕与持续探索。2005年从复旦大学博士毕业后,周鹏即留校任教,多年来潜心扎根于集成电路新材料、新器件和新工艺的研究。“科研道路上,迷茫、困顿是常态,不能心急,在经历不断的尝试、摸索后,终有开花结果的时候。”

  硅是目前集成电路的主要载体,然而,过于昂贵的工艺流程限制了创造性器件的设计与研发,且常规的硅器件结构及系统已无法满足智能时代产生的新需求。周鹏团队便将目光投向了物性更丰富、性质更多元的二维材料以构筑新器件,为硅找寻尝试解决当前集成密度与能耗难题的方案。

  “我们的二维原子晶体就像扮演了航空技术中‘风洞’的角色,为硅探路。”周鹏解释道。团队牢牢把握两条主线,即从器件基本原理出发和从材料的本质特性出发,两条线交叉融汇而得出新思路、新观点,获得一般规律,进而在硅上重现,探索引入新技术的可能性。

  为突破制约硅基闪存技术的原理瓶颈,周鹏团队从源头出发,首次发现了双三角隧穿势垒超快电荷存储机理,并基于此原理建立了通用器件模型,设计并制备出同时具备三大要素的范德华异质结闪存,为在硅体系中开展应用指出了原则性的研发路径。

  针对硅红外探测的困难,团队独辟蹊径,开创性地构筑了范德瓦尔斯单极势垒探测器得以看到“黑暗中的红光”,构建天然屏障以阻挡“有害的”噪声暗电流成分,同时又保障“有益的”信号光电流畅通无阻,在不削弱光响应的情况下有效抑制暗电流,提高探测器信噪比。

  在发掘材料本质、拓展功能方面,基于晶圆级二维半导体材料,团队创新地构建了可用于乘法累加运算的新型架构,具有用于低功耗和高计算力的存算融合系统的巨大潜力;在电路晶圆级集成方面,提出了一种适合学术界探索的二维半导体集成电路工艺优化路线,展示了二维材料体系未来芯片的应用前景;针对具有重大需求的类脑神经形态技术,团队利用二维原子晶体的双极性固有特征,实现了单晶体管基非线性逻辑运算,为高性能低功耗智能系统的发展提供了新的技术途径,有望构建真正意义上的“电子大脑”。

  除科研工作者的身份外,身为教师,为集成电路领域培养储备人才是他的初心,他获评2021年“钟扬式”好老师。

  “在我看来,每位学生就像是一颗种子,教师要提供良好的土壤环境,根据学生的特质制定培养方案,也要适当‘放手’,让他们的主观能动性被充分激发。”在周鹏的悉心培育下,多名学生获国家奖学金、“复旦大学学术之星”等荣誉,多篇学生一作论文在核心刊物上发表。

  微电子学院2016级直博生陈华威毕业后入职华为从事新型芯片研发,对导师五年来的教诲仍印象深刻:“周老师鼓励我打破思维局限,充分尝试不同的可能性,他所展现出的严谨治学态度、逻辑思维方式让我受益匪浅。”

  “周老师对我的影响是巨大的。”周鹏所招收首届学生刘春森说:“周老师常提到,硅在传统技术上积累了太多技术壁垒专利,我们要聚焦前沿独辟蹊径,采用新材料去实现技术突破,使得我国在集成电路基础制造上不用受制于人。这也促使我坚持在‘卡脖子’领域的研究道路上走下去,再走下去。”如今,刘春森在复旦大学芯片与系统前沿技术研究院任青年研究员,将这份学术报国“芯”接力传承。

  周老师以言传身教,引导学生不断加深对“为国科研”这四个字的认识。博士生王水源说:“他指导我们,科研工作者更应该在技术最前端的黑暗中到不同方向去点燃微光,对接国家战略需求,为产业的前路铺设上温暖的灯塔和可靠的补给站。”秉持着这样的思路,他带领着团队不断拓展集成电路技术的无限空间。

  立足集成电路领域,复旦大学是国内最早从事研究和发展微电子技术的单位之一。2014年获批建立“国家集成电路人才国际培训(上海)基地”,2015年成为国家9所示范性微电子学院之一,2018年牵头组建的“国家集成电路创新中心”揭牌成立,2019年承担了“国家集成电路产教融合创新平台”项目,建设教育部创新大平台,2020年率先试点设立“集成电路科学与工程”一级学科……“科研人员所要解决的,并不是渴了才去考虑用哪个杯子装水的问题,而是需要在喝完这杯水前,就着手筹谋下一杯水从哪里来。”以大平台为基石,以体制机制的升级为引擎,周鹏团队取得了一系列成果。

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