曾在国内任教7年,晋升教授!如今加盟土豪大学KAUST,刚刚成果登上Nature,中国留学生一作!

马里奥·兰萨(Mario Lanza)教授来自西班牙的巴塞罗那。2010年,马里奥在西班牙巴塞罗那自治大学获得博士学位后,来到北京大学进行博士后研究。2012年,他获得享有盛誉的玛丽居里博士后奖学金,赴斯坦福大学继续博士后研究。2013年10月,马里奥到苏州大学任教,并在2018年晋升为教授。2020年10月,他加入沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学。在苏州大学任职期间,他总共指导了25名研究人员,包

马里奥·兰萨(Mario Lanza)教授来自西班牙的巴塞罗那。2010年,马里奥在西班牙巴塞罗那自治大学获得博士学位后,来到北京大学进行博士后研究。2012年,他获得享有盛誉的玛丽居里博士后奖学金,赴斯坦福大学继续博士后研究。2013年10月,马里奥到苏州大学任教,并在2018年晋升为教授。2020年10月,他加入沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学。

在苏州大学任职期间,他总共指导了25名研究人员,包括硕士生、博士生和博士后研究员。在苏州大学的帮助下,他发表了92篇研究文章(包括《Nature Electronics》、《Advanced Materials》、《Nature Communications》和IEDM论文集等)和两项专利,其中一项以560万人民币获得资助。这些优点使他成为多个杂志和学会的副编辑和编委会成员,并巩固了他在纳米电子学领域世界领先的科学家地位。

马里奥·兰萨课题组工作重点是通过使用二维(2D)分层材料来提高硅微芯片和其他集成电路的性能。硅微芯片是现代人类的关键发明,因为它们使制造各种机器成为可能,并且提高了数百万人的生产力和生活质量。作者相信,将2D材料集成到硅微芯片中可以提高计算速度,降低能耗并延长作者日常生活中使用的大多数电子产品的使用寿命最近其课题组在混合2D/硅微芯片方面的进展吸引了台积电,ASML和三星等顶级半导体公司的兴趣

朱凯晨从硕士就加入了马里奥·兰萨教授课题组,在2021年11月22,他在《Nature Electronics》上以“The development of integrated circuits based on two-dimensional materials”为题发表综述论文,集中总结了基于二维材料的集成电路的发展,探讨了大规模集成电路未来发展所需解决的关键挑战,提出了基于二维分层材料的集成电路未来发展的路线图,提供了基于二维材料的下一代芯片的全景式概述

今日,在马里奥·兰萨教授的指导下,朱凯晨研究成果以“Hybrid 2D/CMOS microchips for memristive applications”为题发表在《Nature》上,下面,让小编带大家一起解读一下这篇最新Nature。

利用二维(2D)材料的优良电子特性来制造先进的电子电路是半导体行业的一个主要目标。然而,这一领域的大多数研究仅限于在非功能性SiO2/Si基底上制造和表征孤立的大型(>1μm2)器件。一些研究将单层石墨烯作为大面积(>500μm2)的互连和大型晶体管(~16.5μm2)的通道集成在硅微芯片上,但在所有情况下,集成密度都很低,没有证明计算,而且操纵单层二维材料仍具有挑战性的。

基于以上挑战,阿卜杜拉国王科技大学马里奥·兰萨教授课题组介绍了用于忆阻应用的高集成密度的2D/CMOS混合微芯片的制造–CMOS代表互补金属氧化物半导体。作者在含有180纳米节点CMOS晶体管的硅微芯片的线后端(BEOL)互连上转移了一层多层六方氮化硼(h-BN),并通过对顶部电极和互连的图案化来完成电路。CMOS晶体管在h-BN忆阻器上具有出色的电流控制,这使作者能够在小到约500万个周期的忆阻器上实现持久性的控制。在小至0.053μm2的忆阻器中达到约500万次的寿命。作者通过构建逻辑门来演示内存计算,并测量适用于实现尖峰神经网络(SNN)的尖峰时序相关塑性(STDP)信号。实现的高性能和相对较高的技术准备水平代表了2D材料在微电子产品和忆阻应用中集成的重大进步。第一作者为朱凯晨Sebastian Pazos。

2cm×2cm的硅微芯片是通过Synopsys软件设计的,并使用180纳米CMOS技术节点在200mm的硅片上制造的(图1a)。本研究中制作的电路由5×5的一晶体管一记忆体单元(1T1M,图1b-c)的横条阵列组成。这些微芯片被设计成将记忆体集成到BEOL互连中。因此,当晶圆取出时,氧化硅会自然地生长在晶圆上(图1d),这可以很容易地被蚀刻掉,从而暴露出钨通孔(图1e)。然后,通过化学气相沉积(CVD)在Cu基底上生长的〜18层厚的h-BN(即〜6 nm),使用低温工艺转移到微芯片上(图1f)。最后,由不同材料(即金/钛、金或银)制成的顶部电极被图案化并沉积在h-BN上,以最终完成电路(见图1g)。

由于第四个金属化层的钨通孔的直径约为260 nm(图1h),所产生的h-BN记忆体的横向尺寸最多只有0.053μm2。图1h显示了横杆阵列中的1T1M电池的高角度环形暗场(HAADF)截面扫描透射电子显微镜(STEM)图像。通过横截面透射电子显微镜(TEM,见图1h的插图)确认了h-BN堆叠的正确分层结构。光学显微镜图像(图1c)显示,h-BN片在转移过程中没有开裂;这是使用约6nm厚的二维分层材料的一个重要优势,与使用单层二维材料的同类产品相比,它明显增加了器件和电路的产量

图 1 |混合 2D/CMOS 忆阻微芯片的制造

电子记忆

当作者将斜坡电压应力 (RVS) 序列应用于几个独立的 ~0.053μm2 Au/Ti/h-BN/W 结构时,其中大多数 (~90%) 显示出不稳定的电流波动,并且没有观察到电阻开关 (RS)(图 2a)。1T1M单元中的CMOS管可以精确控制h-BN忆阻器上的电流,避免电流过冲,性能优异。然而,最令人惊讶的观察结果是耐久性,当施加脉冲电压应力 (PVS) 序列时,耐久性很容易达到 250 万次循环(图 2d-f)。在这种类型的应力下,可以通过三种不同的方式精确控制 RHRS、RLRS 和 RLRS/RHRS 的值:调整写入脉冲的持续时间、调整写入脉冲的幅度以及调整写入脉冲的幅度。

1T1M 细胞的特性可以使用不同的顶部电极进行调整。当使用 Au 电极时,器件在较低的状态电阻下显示出可靠的开关(参见图 2g),以及更短的开关时间(t)和更低的开关能量(E);当使用 Ag 电极时,这些值可以降到更低(见图 2h)。

图 2 |基于 h-BN/CMOS 的 1T1M 电池的电气特性

数据计算

作者模拟 SNN 以展示学习能力(图 3a)。作者使用完整的 MNIST 数据集训练 SNN,并评估每 1000 张图像的准确性。图 3b-d 显示了此类 SNN 的主要三个品质因数,所有这些都表明表现出色。为了考虑设备的可变性,作者考虑了 50 次迭代的蒙特卡罗模拟,该模拟随机化了 STDP 图的指数拟合和突触的初始值,并且观察到的精度偏差非常低(<5%,见图3d)。最佳平均精度达到 ~90%,考虑到 SNN 的简单性和无监督训练协议,这是一个非常高的值。作者还提出了一个 CMOS 电路,用于基于h-BN 忆阻器(图 3e)的电子神经元的硬件实现,它能够解释自适应放电阈值和放电后的不应期(图 3f-g)。

图 3 |使用基于 CMOS/h-BN 的 1T1M 单元实现脉冲神经网络

小结

今天很少有商业电子产品已经包含二维材料,而那些包含二维材料的产品(传感器、专业相机)使用非常低的集成密度——因为在较大的设备中,二维材料中的局部缺陷并不会造成非常大的危害。作者的混合 2D/CMOS 微芯片随仍远未准备好投入生产,但作者可以有把握地宣称,作者的工作代表了高集成密度 2D 材料电子设备/电路有史以来达到的最高性能和技术准备水平。连接到 CMOS 晶体管的 h-BN 忆阻器的电气特性比独立的 h-BN 忆阻器和连接到基于 2D 材料的晶体管的 h-BN 忆阻器高出几个数量级。

–纤维素推荐–

–测试服务–

来源:高分子科学前沿

声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!

版权归原作者所有,删文请联系管理员。发布者:admin,转转请注明出处:https://www.blerks.com/5249.html

(0)
上一篇 2023年 3月 28日 下午10:41
下一篇 2023年 3月 28日 下午10:41

相关推荐

  • 【东瀛留学杂忆之十】“新星学寮”生活点滴

    ◆卓南生谈起留日时代的学寮(按:学生宿舍)生活,不能不提起我与“新星学寮”结下的一段缘。我是在1968年4月至1969年3月入住新星学寮的。现在回头一想,这一年正好是日本传媒所说的“激动的年代”。越南战争的激化、欧美反战青年走上街头、法国学生占领拉丁区……席卷全球的反体制运动正发生在这个时期。以日本而言,与新星学寮近在咫尺的东京大学正面正悬挂着切·格瓦拉与毛泽东的肖像,大门两侧则写上“帝大解体”与

    留学咨询 2023年 11月 16日
    5500
  • 美国留学

    2023年美国本科申请的激烈程度再创新高,不管是饥饿营销还是品牌营销的PK方式,不断走低的录取率确实刷新了美国留学内卷的新高度。持续了3年的疫情对整个留学圈的影响还是非常大的,从学校层面来说,不时传出因为运维成本的问题,有些学校被动与其他学校整合,更有甚者百年老校直接退出了历史舞台。从2023年QS世界大学排名中,也能感受到这一变化:与2022年QS世界大学综合排名相比,很多学校的排名都经历了大洗

    留学咨询 2023年 5月 14日
    9800
  • 有些国人极端反美,却对55万定居美国的留学生视而不见?

    有网友说:一些中国人积极反美,容不得一点说美国好的,看到有展现美国长处的内容总要喷一喷,但却对中国无数人去美国、英国那边留学视而不见。还有些中国人极端仇视日韩,也讨厌新加坡、澳大利亚,却对中国很多顶尖人才,大量流向这些我们讨厌的国家视而不见,这究竟是为啥?他还列举出了一个数字:留学后在美国定居的中国人,已经超过了55万。而且现在去英国留学的人数,增速超过去美国了。就算是西欧国家、加拿大也是留学生向

    留学咨询 2023年 5月 10日
    10000
  • 温州设20亿元侨创产业基金,推动华人华侨、留学生创业创新

    投资界消息,8月3日,浙江省温州市龙湾区政府产业基金2023年第一期拟合作设立子基金名单公示。公示显示,龙湾区政府产业基金拟设立子基金温州侨创绿色产业基金(下文简称“侨创基金”)。该基金计划总规模20亿元,首期规模10亿元。据介绍,“侨创基金”重点关注海内外华人华侨、留学生在温设立的创新产业项目,重点投向新能源新材料、生命健康和数字软件以及其他战略性机会产业。基金将按照“政府引导、市场运作、产业赋

    留学咨询 2023年 8月 5日
    10900
  • 让留学生活少走一些弯路的秘诀

    学生会费入学后可能有些前辈会让新生缴纳学生会费,费用一般是1~20万韩元左右。但是其实这笔钱不太会可能用在你进的那个学生会上,一般都是作为出去玩乐的费用,所以如果你会参加酒席活动的就可以交,如果不喜欢这些的就不要交,如果有前辈告诉你不交学生会费有可能会给学分带来不利的影响或者拿不到奖学金之类的话,一边耳朵进一边耳朵出就可以了。学生会活动大部分情况下很多新生会觉得参加多一点社团活动或者学生会对就业有

    留学咨询 2023年 5月 24日
    11500

发表回复

登录后才能评论

2023082320290175

微信好友请说明来意!

谢谢合作接受咨询范围

1:F1留学生身份恢复

2:留学生名校保录取

3:快速一年本科 等等

联系微信
易哲留学以教书育人为原则为莘莘学子提供名校保录取、留学紧急应对/开除/身份恢复/转校等、留信网/留服网认证等免费咨询服务!微信:YizheUS