上海领军人才（第4辑）

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存储器是电子信息产业的重要组成部分，目前市场上主流的半导体存 储器包括SRAM、DRAM和FLASH等，虽然它们在各自领域起着重要的作用，但 目前还没有一种理想的存储器，同时具备DRAM的高容量低成本，SRAM的高 速度、FLASH的数据非挥发性，且又可靠性高、操作电压低、功耗小等特点 。而新型相变存储器(PCRAM)具有存储单元尺寸小、非挥发性、循环寿命长 、稳定性好、功耗低和可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的微 缩方面的优势尤为突出，业界认为在不久的将来FLASH将遭遇尺寸缩小限制 ，而PCRAM在65 nm节点后会有越来越大的技术优势。因此，PCRAM被认为是 下一代非挥发存储技术的最佳解决方案之一，在低压、低功耗、高速、高 密度和嵌入式存储方面具有广阔的商用前景。国际上对PCRAM技术非常重视 ，国际知名半导体公司如英特尔、三星、意法半导体、飞利浦、国际商业 机器公司和艾必达等花费大量人力和物力对此技术进行开发。2009年，三 星已研制出量产的512 Mb的PCRAM芯片；英特尔更是有高密度的3D技术与1 Gb PCRAM试验芯片。目前，国际上PCRAM芯片正处于产业化的前期。 2002年，根据国际半导体工业协会制定的存储器件的RORDMAP以及 PCRAM在产业界的超常规发展，宋志棠研究员看到了PCRAM的巨大研究价值 。同时，通过仔细研读当时有关的专利与文献，他看到了PCRAM是一个离实 际应用最近的纳电子器件。当时，根据国际的研究热点与发展动态，国家 、上海市已开始部署纳米研究计划。在这种形势下，宋志棠研究员组织团 队进行了系列的实验论证，并在研究所战略研讨会上进行演讲，指出纳电 子器件是纳米技术的重中之重。于是，微系统所立即启动了中科院知识创 新工程PCRAM的所级创新项目，宋志棠研究员作为项目负责人正式进入 PCRAM的研究领域。 自主创新与制造，开创研究新模式 PCRAM原理虽然简单，但它是一个技术密集、难度极大的高科技领域， 主要体现在相变材料易挥发、附着力差、加工难度大，同时还必须把其加 工成纳米结构的存储单元，并且要在高频电压脉冲的操作下才能获得材料 的存储参数。当时，国外基本上只有INTEL这样的大公司拥有先进的8英寸 微细加工工艺生产线可以进行PCRAM相关研究；而我国集成电路制造公司刚 刚起步，国内没有这种生产线。受研发条件的限制，开展的研究内容均侧 重于关键材料、单项工艺、器件结构设计、器件单元的原理性验证等应用 基础方面，并且在新型相变材料和电极材料、器件结构方面取得了一些创 新性的成果。但是研究过程中也遇到了一些瓶颈问题，尤其是在芯片的整 体设计、制造方面与国际领先水平有较大的差距。随着三星、IBM等大公司 先后加入此研究领域，国内研究团队进一步看到了其重大的商业价值与时 间的紧迫感；同时也发现材料的体系、相变机理、纳米尺寸效应等基础科 学问题在国际上还没有形成统一的认识。针对中国巨大的市场，高密度、 低功耗的存储单元结构、纳米加工工艺及其PCRAM电路设计方案有很多的创 新工作可以做，但当时PCRAM中国专利只有2项。宋志棠研究员认为：作为 一名中国的科技工作者不论从国家的战略需求还是国民经济建设出发，都 应当义不容辞、不畏艰难开拓PCRAM这个研究领域；必须开拓思路、大胆创 新、产学研有机结合，突破国外专利封锁，走出适合我国国情的PCRAM研发 道路。 宋志棠研究员作为PCRAM项目负责人，通过八年多的艰苦奋斗，研究队 伍不断扩大，目前领导100多人专门从事PCRAM研发，推进产业化进程。在 PCRAM领域先后获得了863计划材料领域目标导向类课题、国家纳米重大研 究计划、863计划重点项目、国家集成电路重大专项等经费支持；联合北京 大学、北京工业大学、复旦大学、南京大学等知名高校以及中科院上海光 机所、半导体所等研究单位，与国内最大的外资企业中芯国际组建联合实 验室；在研究与工程化过程中申请发明专利160多项；在相变存储器研究领 域实现了材料、结构与电路整体专利布局与创新，尤其在发现新型相变材 料的理论与新材料的验证方面走在了世界的前列。具体体现在自主的 SiSbTe新型复合相变材料的发现、复合相变机理的阐明到工程化的验证， 为进一步成立“新储”公司实现产业化奠定了坚实的基础。在国家、中科 院与上海市的大力支持下，通过多年主持国家与地方的重大项目积累的合 作与交流经验，宋志棠及其研究团队创立了我国产、学、研、用一体化的 PCRAM网络，充分吸收国际成功的商业运作模式与优势资源，引领国内 PCRAM研究的方向，确定国内PCRAM的研究定位和近中期目标，创立了产研 互动、创新与芯片开发并重的纳电子器件研究新模式。 多元文化已融合。立志：中云上九天 中芯国际、SST公司分别作为生产、设计型企业，上海微系统所作为以 科研为主的研究所，三方有完全不同的文化和管理模式。为了巩固三者的 合作关系，明确责权、规范管理，经过友好协商，三方在合作方式与组织 管理架构方面进行多种探索与尝试，力争实现多元文化的完美融合。 2007年1月8日，上海微系统所与中芯国际签署了建立“纳米半导体存 储技术联合实验室”的协议，规定双方针对PCRAM芯片的产业化进程、联合 申请科研项目以及联合培养研究生等方面将展开更深入的合作。在联合实 验室框架下，上海微系统所科技人员侧重于自主创新及关键技术的开发， 并派遣部分学生与职工进入中芯国际与其研发人员一起进行单项与集成工 艺的开发。与此同时，聘请中芯国际研发骨干在上海微系统所担任兼职研 究员，并鼓励其年轻的科研人员来上海微系统所攻读研究生。通过双方人 员交流使上海微系统所的自主创新成果更具制造性与实用性；双方的优势 均得以发挥，劣势得以弥补；根据市场需要有的放矢地解决问题，攻克技 术与理论难关。如果说与中芯国际开创的产学研合作模式正是我国目前“ 创新要素向企业集聚，促进以企业为主体、以市场为导向、产学研结合的 技术创新体系”的具体体现的话，而进一步与国际知名的存储器产品公司 SS3、的合作，则是充分吸收国外成功的商业运作模式与优质资源，实现创 新成果的快速转化与应用，使我国在下一代存储器领域的国际竞争中占有 一席之地的具体尝试。针对产品市场的推广，上海微系统所与SST公司共同 组成了PCRAM芯片的设计团队、测试团队以及完成产品测试平台搭建，建立 了：PCRAM芯片研发的完整队伍。在团队的努力下，现已实现_8英寸PCRAM 芯片99.9％的成品率，16Mb PCRAM试验芯片。今年年底建成的12英寸PCRAM 专用的试验线，为PCRAM芯片的量产奠定了坚实的基础，为我国科研院校成 果快速产业化开辟了一条道路。 宋志棠领导的团队现在正与创维集团、中信公司探讨：PCRAM芯片的具 体应用开发事宜，为PCRAM芯片在中国系统上的应用探索一条发展道路。 8年多的艰苦探索与追求创造了PCRAM芯片中国自主制造的一线曙光。 宋志棠研究员率领着团队，冲过黎明前的黑暗，迎接风和日丽、空气清新 的新纪元。P13-16