近年來，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所聯(lián)合中芯國際集成電路制造有限公司，選擇以嵌入式相變存儲器（PCRAM）為切入點，在國家重點研發(fā)計劃納米科技重點專項、國家科技重大專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”專項、國家自然科學(xué)基金、中科院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市領(lǐng)軍人才及上海市科委等項目的資助下，經(jīng)過十余年的研究，在存儲材料篩選、嵌入式器件設(shè)計、PCRAM的基礎(chǔ)制造技術(shù)取得系列重要科技進(jìn)展。

近日，由上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所所長宋志棠帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊在新型相變存儲材料方面取得重大突破，創(chuàng)新提出一種高速相變材料的設(shè)計思路，即以減小非晶相變薄膜內(nèi)成核的隨機(jī)性來實現(xiàn)相變材料的高速晶化。通過第一性理論計算與分子動力學(xué)模擬，從眾多過渡族元素中，優(yōu)選出鈧（Sc）作為摻雜元素，設(shè)計發(fā)明了低功耗、長壽命、高穩(wěn)定性的Sc－銻（Sb）－碲（Te）材料，Sc與Te形成的穩(wěn)定八面體，成為成核核心，是實現(xiàn)高速、低功耗存儲的主要原因，該材料擁有獨立的自主知識產(chǎn)權(quán)。利用0.13um CMOS工藝制備的Sc－Sb－Te基相變存儲器件實現(xiàn)了700皮秒的高速可逆寫擦操作，循環(huán)壽命大于107 次。相比傳統(tǒng)Ge－Sb－Te器件，其操作功耗降低了90%，且十年的數(shù)據(jù)保持力相當(dāng)；通過進(jìn)一步優(yōu)化材料與微縮器件尺寸，Sc－Sb－Te PCRAM綜合性能將會得到進(jìn)一步提升。

最近發(fā)表的《科學(xué)》雜志以 Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable subnanosecond memory writing 為題，在線發(fā)表了這一重要研究成果。

據(jù)了解，Sc－Sb－Te相變存儲材料的重大發(fā)現(xiàn)來自于上海微系統(tǒng)所科研團(tuán)隊在相變存儲器方面的長期科研工作積累。該科研團(tuán)隊陸續(xù)開發(fā)出我國第一款8Mb PCRAM試驗芯片，發(fā)現(xiàn)了比國際量產(chǎn)的Ge－Sb－Te性能更好的Ti－Sb－Te自主新型相變存儲材料，開發(fā)基于0.13umCMOS工藝的打印機(jī)用嵌入式PCRAM產(chǎn)品已獲得首個1500萬顆的訂單；該所自主研發(fā)的雙溝道隔離的4F 2 高密度二極管技術(shù)，自讀存儲器已開始送樣，晶體管密度達(dá)到國際先進(jìn)水平；40nm節(jié)點PCRAM試驗芯片的單元成品率達(dá)99.99%以上，4Mb、64Mb不加修正的芯片在先進(jìn)信息系統(tǒng)上實現(xiàn)試用。

Sc－Sb－Te新型相變存儲材料的重大發(fā)現(xiàn)，尤其是在高密度、高速存儲器上應(yīng)用驗證，對于我國突破國外技術(shù)壁壘、開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的存儲器芯片具有重要的價值，對我國的存儲器跨越式發(fā)展、信息安全與戰(zhàn)略需求具有重要意義。

集成電路產(chǎn)業(yè)是“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，而存儲器是集成電路最重要的技術(shù)之一，是國家核心競爭力的重要體現(xiàn)。我國作為全球電子產(chǎn)品的制造基地，存儲器的自給能力還相對較弱。國外三星、英特爾等大型半導(dǎo)體公司對存儲器技術(shù)與產(chǎn)品壟斷，對我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展與信息安全形成重大隱患，這一創(chuàng)新成果的發(fā)現(xiàn)將對推動我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要作用。