2025年度“中国科学十大进展”：复旦大学团队攻克原子级芯片集成难题

3月25日，在2026中关村论坛年会的开幕式上，国家自然科学基金委员会正式公布了2025年度“中国科学十大进展”。其中，复旦大学周鹏、刘春森团队研发的“全功能二维半导体/硅基混合架构异质集成闪存芯片”成功入选，这也是上海高校在本年度唯一入选该榜单的科研项目。



这项研究的核心突破，在于通过原子尺度的制备技术，将高性能的二维存储器件与CMOS芯粒实现“共形粘附”的整体集成，最终造出了具备完整功能的二维NOR闪存芯片。该芯片支持8位指令和32位并行处理，不仅为原子级芯片的集成提供了全新思路，更标志着我国在下一代存储核心技术领域，牢牢掌握了发展主动权。

在大数据和人工智能飞速发展的今天，人们对数据存取的速度和效率提出了极高要求，而传统存储器在速度和功耗上的短板，已经成为制约算力提升的“卡脖子”问题。早在2025年4月，周鹏、刘春森团队就曾在国际顶尖期刊《自然》上，提出了“破晓”二维闪存原型器件，实现了400皮秒的超高速非易失存储，这也是目前全球最快的半导体电荷存储技术。

但大家可能不知道，一款颠覆性的器件要真正投入实际应用，往往需要漫长的研发过程。就像1947年硅晶体管诞生后，科研机构和企业经过二十多年的接力攻关，才造出了全球第一颗CPU。而如今，周鹏、刘春森团队通过将新一代的颠覆性二维器件，直接融入成熟的硅基CMOS工艺平台，有望大幅缩短这一研发周期，让新技术更快落地。

为了推动“破晓（PoX）”皮秒闪存器件从实验室走向工程化应用，团队主动对接产业链，将二维超快闪存与成熟的硅基CMOS平台深度结合，成功研制出全球首颗二维-硅基混合架构芯片，一举攻克了新型二维信息器件工程化的核心难题。

要知道，二维半导体的厚度只有1到3个原子，像一层薄薄的“羽翼”，既纤薄又脆弱，这给它的大规模集成带来了很大挑战。针对这一问题，团队研发出“原子芯片（Atomic Device to Chip, ATOM2CHIP）”系统集成框架，真正让原子级器件变成了可用的功能芯片。他们提出了片上二维全栈集成工艺，采用模块化设计，先分别制造二维存储电路和成熟的CMOS电路，再通过高密度单片互连技术（也就是微米尺度的通孔），将两者与CMOS控制电路整合，形成完整的芯片。

除此之外，团队还提出了跨平台系统设计方法，确保混合架构能够稳定兼容运行，其中包括二维电路与CMOS电路的协同设计、跨平台接口设计等关键技术。目前，这款芯片的集成良率达到了94.3%，支持8位指令操作、32位高速并行操作以及随机寻址。这一成果不仅是二维器件工程化应用的重要里程碑，也为其他新一代颠覆性器件缩短应用周期提供了可借鉴的范例，将推动信息技术进入一个全新的高速发展阶段。

据悉，该团队的这项研究成果，已以《全功能二维-硅基混合架构闪存芯片》（“A full-featured 2D flash chip enabled by system integration”）为题，发表在国际顶尖期刊《自然》（Nature）上。