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　　中科院上海微系統(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，經(jīng)過十余年的研究，在存儲材料篩選、存儲芯片設(shè)計、PCRAM的基礎(chǔ)制造技術(shù)等方面取得系列重要突破。2017年12月15日，這一重要成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志。
　　據(jù)悉，相關(guān)研究成果具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)（同時申請了國際專利和中國專利）。這是上海微系統(tǒng)所在《科學(xué)》正刊上發(fā)表的重要學(xué)術(shù)論文，也是國內(nèi)先進存儲技術(shù)關(guān)鍵核心材料領(lǐng)域的第一篇學(xué)術(shù)論文。
　　2017年12月22日，為鼓勵廣大科技人員融入科技創(chuàng)新主戰(zhàn)場，促進學(xué)術(shù)繁榮和鼓勵科技人才成長，上海微系統(tǒng)所舉行高水平文章發(fā)布報告會，表彰研究員宋志棠課題組在高速、低功耗新型Sc-Sb-Te相變存儲材料研究中的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
　　中科院院士、上海微系統(tǒng)所所長、國家02專項副總師王曦為團隊頒發(fā)了獎狀和獎金。
　　王曦在講話中表示，PCRAM團隊在宋志棠的帶領(lǐng)下，從2002年至今，經(jīng)過近15年的刻苦鉆研所取得的成果值得祝賀。他希望科學(xué)家們能百尺竿頭，更進一步，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上作出更大的成績。能面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場，助力創(chuàng)新驅(qū)動，努力為踐行中科院新時期辦院方針，融入上海市科創(chuàng)中心建設(shè)作出新的貢獻。
　　目前，國際上通用的相變存儲材料是“鍺銻碲”（Ge-Sb-Te）。近年來，集成電路技術(shù)的發(fā)展對存儲器芯片的功耗、壽命、尺寸、持久力等各項性能指標均提出了更高要求，世界各國科學(xué)家都在加緊攻關(guān)存儲材料研發(fā)。
　　在手機、電腦、可穿戴設(shè)備等各種智能終端中，存儲器是用于保存信息的“大腦”。所謂相變存儲器，就是利用電脈沖誘導(dǎo)相變材料在高阻的非晶態(tài)與低阻的晶態(tài)之間進行可逆轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)信息的寫入和擦除，通過電阻變化實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出的一種新型存儲器。
　　但傳統(tǒng)存儲器在處理信息時有幾個致命缺點，一是意外斷電數(shù)據(jù)易丟失，二是讀取數(shù)據(jù)速度慢。
　　能否研發(fā)出集兩者優(yōu)點于一身的新型存儲器，成為影響電子產(chǎn)品升級換代的一個關(guān)鍵因素。相變存儲器是近年來國際科學(xué)家研究的新型存儲器之一。
　　宋志棠表示：“國外三星、鎂光、英特爾等大型半導(dǎo)體公司對存儲器技術(shù)與產(chǎn)品的壟斷，給我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展與信息安全造成重大隱患。”
　　為此，宋志棠團隊將研發(fā)重點聚焦在嵌入式相變存儲器?！拔覈侵悄茈娮赢a(chǎn)品消費大國，對嵌入式相變存儲器有巨大需求。盡管這塊市場沒有非嵌入式存儲器市場大，但更適合中國現(xiàn)有的科研和技術(shù)水平。”宋志棠說。
　　宋志棠團體在國家重點研發(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（02專項）、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市領(lǐng)軍人才、上海市科委等項目的資助下，創(chuàng)新性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、銥（Sc、Y）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-Sb-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。
　　通過存儲單元存儲性能測試，尤其是對存儲單元高速擦寫的測試，發(fā)明了高速、低功耗、長壽命、高穩(wěn)定性的“鈧銻碲”（Sc-Sb-Te）相變材料。通過進一步優(yōu)化材料與微縮器件尺寸，Sc-Sb-Te基PCRAM綜合性能將會得到進一步提升。
　　據(jù)了解，Sc-Sb-Te相變存儲材料的重大發(fā)現(xiàn)來自于中科院上海微系統(tǒng)所科研團隊在相變存儲器方面的長期科研工作積累。在中科院上海微系統(tǒng)所和中芯國際的支持下，雙方共同組建研發(fā)團隊，申請國家項目，搭建起8~12英寸相變存儲器研發(fā)平臺，并于2007年進一步建立了“納米半導(dǎo)體存儲技術(shù)聯(lián)合實驗室”，經(jīng)過多年研究取得了多項重大技術(shù)進展，建立了1.6億元關(guān)鍵的相變存儲器專用平臺，實現(xiàn)了相變材料制備工藝與中芯國際180nm~28nm標準CMOS工藝的無縫對接，使我國的相變存儲器芯片研發(fā)條件達到了國際先進水平。
　　完成了基礎(chǔ)理論研究方面的科研攻關(guān)，如何實現(xiàn)研究成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用就成為擺在研發(fā)團隊面前的首要任務(wù)。2012年，上海微系統(tǒng)所與珠海艾派克微電子有限公司展開戰(zhàn)略合作，決定將相變存儲芯片率先應(yīng)用于打印機行業(yè)。
　　據(jù)悉，該團隊陸續(xù)開發(fā)出了我國第一款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)的基于0.13um CMOS工藝的打印機用嵌入式PCRAM產(chǎn)品已獲得首個1500萬顆的訂單；自主研發(fā)的雙溝道隔離的4F2高密度二極管技術(shù)，自讀存儲器已開始送樣，晶體管密度達到國際先進水平；40nm節(jié)點PCRAM試驗芯片的單元成品率達99.99%以上，4Mb、64Mb 不加修正的芯片在先進信息系統(tǒng)上實現(xiàn)試用。
　　4年來，通過和珠海艾派克微電子有限公司產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同合作開發(fā)的打印機用相變存儲器芯片，取得了工程應(yīng)用的突破，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化銷售。截至2017年6月，打印機用嵌入式相變存儲器已完成1600萬顆芯片的市場銷售。
　　“新型相變材料的這些性能表現(xiàn)，從物理上解決了存儲器低功耗與高速擦寫問題，配上自主開發(fā)的已在量產(chǎn)芯片上用過的高速讀出電路（US8947924），就可以形成我國新一代最先進存儲器?！彼沃咎谋硎?， Sc-Sb-Te高速、低功耗新型相變存儲材料的重大發(fā)現(xiàn)，尤其在高密度、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)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。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2018-01-08 第5版 創(chuàng)新周刊)