□ 肖貞林

納米科技匯聚了現(xiàn)代多學(xué)科領(lǐng)域在納米尺度的焦點(diǎn)科學(xué)問題，促進(jìn)了多學(xué)科交叉融合，引領(lǐng)了新的技術(shù)變革，是全球范圍內(nèi)最大和最優(yōu)競爭力的研究領(lǐng)域之一。自2008年以來，中國的納米科技整體研發(fā)實(shí)力逐步提升，新型納米材料、納米器件、納米醫(yī)藥等一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的研究成果正在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，但納米科技及其產(chǎn)業(yè)化仍處于快速發(fā)展時期，未來在新興技術(shù)領(lǐng)域仍有巨大潛力和發(fā)展空間。2016年，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃正式啟動，納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)被納入該計劃。彼時，因國家青年“千人計劃”剛剛到山東大學(xué)任職的陳杰智，就主持了納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)中的一項(xiàng)課題——“新型納米存儲器模型和表征”，希望能夠在存儲器研究上做出扎扎實(shí)實(shí)的成果。

漂亮的開局

半導(dǎo)體存儲器是集成電路產(chǎn)業(yè)中最為重要的技術(shù)之一，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，需要存儲分析的信息正在爆炸式地增長。為克服器件尺寸縮小所面臨的物理極限，繼續(xù)提高集成密度，3D-NAND閃存將取代2D-NAND閃存，成為未來十幾年大容量非揮發(fā)存儲器（NVM）的主流產(chǎn)品形態(tài)。而可靠性研究則是一直貫穿于二維平面存儲器和三維立體存儲器的永恒話題。

“存儲器在電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品中的作用不可替代，它的可靠性也會對電子產(chǎn)品的性能、性價比等產(chǎn)生極大的影響，對保障國家信息安全及產(chǎn)業(yè)安全有重大意義?！标惤苤钦f。他在3D NAND閃存存儲器可靠性物理機(jī)理研究上有出色的表現(xiàn)，曾帶領(lǐng)團(tuán)隊與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所姜向偉、華東師范大學(xué)陳時友課題組合作，面向三維垂直架構(gòu)下NAND閃存存儲器中電荷擴(kuò)散所帶來的數(shù)據(jù)保持特性退化的可靠性問題，在原子層面對電荷存儲層的各種電荷俘獲缺陷進(jìn)行研究。在全面把握氫、氧元素對氮化硅電荷存儲層中淺能級缺陷調(diào)制作用的基礎(chǔ)之上，他們提出利用重氫鈍化來抑制3D NAND閃存存儲器擦寫過程中氫鍵斷裂所帶來的可靠性退化，對于高可靠性三維存儲器的研究開發(fā)有著非常重要的參考價值，有望為存儲器產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中的工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家“青年千人計劃”項(xiàng)目等支持。

陳杰智

陳杰智及其團(tuán)隊的工作得到了國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，相關(guān)成果被2017年IEEE國際電子器件大會（IEDM 2017）收錄。山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院為該論文第一完成團(tuán)隊，2016級博士研究生武繼璇為第一作者。這也是山東大學(xué)首次以第一作者和通訊作者單位在IEDM上發(fā)表研究進(jìn)展論文。

IEDM是全球報道半導(dǎo)體及電子器件領(lǐng)域最新的科技、設(shè)計、制造、物理及建模的主要論壇，也是世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界各知名企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)報告其最新研究成果和技術(shù)突破的主要窗口和平臺。它與集成電路技術(shù)國際會議（Symposium on VLSI Technology）并列為微電子器件與工藝領(lǐng)域中權(quán)威性最高的兩個頂級會議。陳杰智團(tuán)隊關(guān)于電報噪聲（RTN）的一項(xiàng)最新進(jìn)展就發(fā)表在2018年6月舉行的Symposium on VLSI Technology上。

電報噪聲是影響集成電路及存儲器的核心可靠性問題之一。在三維NAND閃存存儲器中，電報噪聲來源于電荷隧穿層的缺陷和多晶硅溝道的界面缺陷，導(dǎo)致存儲數(shù)據(jù)的錯誤讀寫并影響存儲器可靠性；在集成電路中，柵絕緣介質(zhì)缺陷相關(guān)的電報噪聲則反映在納米元器件電流的振動及其對電路指標(biāo)的影響。因此，對電報噪聲起源的研究和探索一直是集成電路器件和電路設(shè)計領(lǐng)域的核心問題之一。出現(xiàn)在這次大會上的電報噪聲新成果，由陳杰智團(tuán)隊與英國利物浦約翰摩爾斯大學(xué)教授紀(jì)志罡課題組共同完成。在該研究中，他們利用電場應(yīng)力退化器件來產(chǎn)生電報噪聲的原理，設(shè)計了具有超低功耗的“隨機(jī)電報噪聲的超低功耗真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（RTN-TRNG）”，其工作頻率突破了傳統(tǒng)設(shè)計極限，提高了約一個數(shù)量級達(dá)到3Mbps的超高工作頻率。由于電路面積小、工藝依賴性弱、設(shè)計成本低，RTN-TRNG在物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域有著非常大的應(yīng)用潛力。

做前沿的、具有應(yīng)用潛力的成果，陳杰智用行動詮釋了這一準(zhǔn)則。到2018年6月，陳杰智回國到山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院任職才滿兩年，已經(jīng)能夠帶領(lǐng)團(tuán)隊在國際學(xué)術(shù)界連續(xù)亮相，這就是一個漂亮的開局了。

科學(xué)家有國界

“從前選擇南京大學(xué)物理系，是因?yàn)槲蚁矚g研究物理；留學(xué)日本，是因?yàn)槲蚁胗H手把納米線硅晶體管從第一步到最后一步都做出來，還要能在器件領(lǐng)域的國際最高學(xué)術(shù)會議上發(fā)表自己的成果；加盟日本東芝公司研發(fā)中心，是因?yàn)槲蚁肟吹窖芯康膽?yīng)用價值，希望能把我的技術(shù)直接做成產(chǎn)品。這些我都實(shí)現(xiàn)了。”在山東大學(xué)慶祝2016年教師節(jié)暨優(yōu)秀教師表彰大會上，陳杰智作為新聘教師代表在發(fā)言中談道。

2006年，陳杰智結(jié)束了在南京大學(xué)8年的學(xué)習(xí)，前往日本東京大學(xué)工學(xué)院攻讀博士學(xué)位，師從東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所教授、半導(dǎo)體器件專家平本俊郎，對硅基納米線晶體管從工藝制備到載流子量子輸運(yùn)的物理機(jī)制進(jìn)行了全面深入的探索和研究。3年后，博士畢業(yè)的他受邀前往美國加州大學(xué)伯克利分校開展訪問研究，2010年4月加盟日本東芝公司研究開發(fā)中心，從事半導(dǎo)體器件和存儲器可靠性物理機(jī)制方面的研究工作。海外10年，陳杰智在技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)轉(zhuǎn)化和技術(shù)應(yīng)用上，做出了重要的積累，取得美國授權(quán)專利和日本授權(quán)專利10余項(xiàng)，兩度獲頒日本電子器件學(xué)會EDS獎、東芝研發(fā)中心成果優(yōu)秀獎。2015年Symposium on VLSI Technology上，他率先提出了電報噪聲應(yīng)用于云存儲中芯片指紋的概念，并成功設(shè)計了超過百萬次讀寫壽命的噪聲芯片指紋系統(tǒng)。事實(shí)上，從那時到現(xiàn)在，他一直是IEDM和Symposium on VLSI Technology的熟面孔，在兩個國際頂級會議上做了10余次重要報告。

每一個“小目標(biāo)”都在實(shí)現(xiàn)，儼然后起之秀的陳杰智卻越來越茫然了。做了這么多年研究到底想為誰創(chuàng)造價值？“說句通俗的話，科學(xué)沒國界，但科學(xué)家有?！陛氜D(zhuǎn)反思之后，陳杰智發(fā)覺他是真的想要回國了。2015年，一次偶然的機(jī)會，他聽說山東大學(xué)打算在青島校區(qū)和中國科學(xué)院微電子研究所共同創(chuàng)建微納電子科學(xué)與技術(shù)研究院及微納加工中心。經(jīng)過了解，這是面向青島市的特色產(chǎn)業(yè)布局，希望借此平臺聚集人才，提升青島市在新一代信息技術(shù)、新材料、新能源等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)水平，輻射帶動各種新型產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。陳杰智眼前一亮，這不正是發(fā)揮所學(xué)的最好的機(jī)會嗎？哪怕從零開始，只要能為這一平臺建設(shè)貢獻(xiàn)力量，他就樂于接受挑戰(zhàn)。

想通之后，爽快人陳杰智立馬就和山東大學(xué)人才辦取得了聯(lián)系，開始申請國家“青年千人計劃”?！拔揖褪强粗辛松綎|大學(xué)在微電子器件領(lǐng)域未來的發(fā)展?jié)摿Α！泵鎸鴥?nèi)外朋友的問詢，陳杰智說。全職回國后，從學(xué)校到信息科學(xué)與工程學(xué)院，都給予了他充分的支持，他的工作也迅速進(jìn)入狀態(tài)——做科研、帶學(xué)生、搭建團(tuán)隊、推動微納加工中心籌建，對一心做實(shí)事的陳杰智而言，沒有什么節(jié)奏能比極速前進(jìn)的忙碌感更好了。