近日，上海复旦大学科研团队研制出了一种超高速闪存技术，其擦写速度可提升至亚1纳秒（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作，是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。

这一成果由复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室的周鹏和刘春森团队主导完成，他们通过构建准二维泊松模型，在理论上预测了超注入现象，并据此研发了名为“破晓（PoX）”的新型闪存技术，成功突破了存储速度的理论极限。   

浮栅晶体管是闪存的基本存储单元，由源极（Source）、漏极（Drain）、控制门（Control Gate）和浮动栅（Floating Gate）组成。其中，浮动栅位于源极和漏极之间，并被一层绝缘氧化层隔开，从而实现电荷的存储功能。

当电子从源极通过沟道向漏极移动时，如果控制门施加高电压，电子会通过隧穿效应进入浮动栅并被捕获，这一过程称为编程。此时，浮动栅上的电荷改变了晶体管的阈值电压（Threshold Voltage），从而实现信息存储。

刘春森介绍，“过去为闪存提速的思路，是让电子在跑道上先热身加速一段时间，等具备了高能量再按下开关。” 然而，在传统理论机制下，电子的“助跑”距离长、提速慢，半导体特殊的电场分布也决定了电子加速存在理论上限，令闪存存储速度无法突破注入极值点。

对于这一难题与挑战，该研究团队从存储器件的底层理论机制出发，提出了一条全新的提速思路——通过结合二维狄拉克能带结构与弹道输运特性，调制二维沟道的高斯长度，从而实现沟道电荷向浮栅存储层的超注入。在超注入机制下，电子无需“助跑”就可以直接提至高速，而且可以无限注入，不再受注入极值点的限制。

该技术利用亚纳秒级的超注入闪存存储方式，实现了极高的存储速度，其皮秒闪存器件的擦写速度闯入亚1纳秒大关（400皮秒），相当于每秒可执行25亿次操作，性能超越同技术节点下世界最快的易失性存储SRAM技术。这使其成为目前人类掌握的最快半导体电荷存储器件。

未来3-5年，该研究团队计划将其集成到几十兆的水平，以授权给企业进行产业化。

目前，相关成果以《亚纳秒超注入闪存》（Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection）为题已在《自然》（Nature）期刊上发表。