在海量數據存儲和超快速數據處理需求的推動下，開發超快速可插入存儲設備勢在必行。主要問題：操作速度慢，數據保留時間短，數據保留差，預期/寫入率低等。將達到極限。其中，關鍵挑戰在于超薄硅主體材料表面上的大量界面懸空鍵，這會嚴重影響器件性能。因此，迫切需要找到可以無縫集成到設備級結構中的原子級尖銳接口。
在所有最初的研究系統中，二維原子晶體及其異質結構都出現在具有理想原子級取代表面且沒有表面懸空鍵的新材料系統的這一階段。它們不受短期影響，因此現有研究已使用二維原子晶體來構造閃存設備，但該設備的性能并不理想。這些閃存設備的編程時間非常長，大約為幾微秒到幾秒。輕微的寫入比率也很低，在10到106的范圍內。盡管半浮柵的器件結構用于將編程時間轉換為數十秒，但數據保留時間卻非常短，只有一個幾秒鐘，因此不適合長期存儲。理論仿真表明，基于層狀材料的平面結構制造的理想浮柵存儲器件的工作時間可以快至納秒。但是，到目前為止，超快速浮柵存儲設備還沒有成功。

中國科學院院士，中國科學院物理研究所/北京國家凝聚態物理研究中心專家高洪軍，博士生吳良美，副教授包立宏等使用二維范德華異質結的原子級尖銳界面和增強的界面取代特性，無需修改商用設備的結構。首次插入了超快速的浮柵存儲設備，并實現了其納秒級（約20 ns）的讀寫時間（對于商用閃存設備為數百微秒），并且快照/寫入時間極高。已完成。輸入比例（?1010）和極長的存儲時間（超過10年）。

圖1a和1b是該裝置的示意圖和光學顯微照片。 InSe是垂直的，hBN是隧道勢壘層，MLG是浮柵，SiO2是控制柵介電層，重摻雜硅是控制柵。高分辨率掃描透射電子顯微鏡的表征表明，InSe / hBN / MLG異質結具有原子級的清晰界面特征（圖1c-e）。基本存儲特性表明，浮柵效應晶體管具有較大的存儲窗口（圖2）。通過在控制柵極上施加幅度+ 17.7 / -17.7 V的脈沖電壓和160 ns的半峰寬來對浮動柵極存儲器進行編程/操作。浮柵顯示出很高的填充/寫入比率（預期狀態/編程狀態電流比率為?1010），極長的存儲時間（超過10年）和出色的擴展（重新讀取和擦除的次數為大于2000）（圖3）。短脈沖電源（半寬度為21 ns，幅度+ 20.2 / -20.8 V）可對器件進行寫入/對齊，仍可實現較高的寫入/寫入比（1010）和超快速讀取（圖4a-d）；通過用MoS2代替InSe進行分解，還可以實現超快的編程/替換操作，這表明具有原子級清晰接口的范德華異質結構實現了超快浮柵存儲器的通用性。得益于極高的期望/寫入比，該研究通過優化hBN的厚度實現了浮柵存儲器的多值存儲（圖4e）。

基于原子級尖銳接口的Van der Waals異質結超快速浮柵存儲器的編程速度相當于動態隨機存取存儲器的編程速度（10 ns），同時，它可以替代并具有大容量存儲特性。這對于未來高性能和卓越存儲的發展具有重要意義，它也為進一步發展基于范德華異質結構的高性能電子設備提供了創新思路。未來的主要應用挑戰是替代大面積hBN和二維原子晶體摻雜材料的外延生長以及集成器件的構造。

5月3日，有關研究結果在線發表在《自然納米技術》上，主題是實現具有原子敏感接口的超高速非易失性存儲設備

圖1.基于InSe/hBN/MLG范德瓦爾斯異質結的浮柵場效應晶體管的器件結構及原子級銳利的界面特性

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