科创青年说 | 感存算一体创未来！“铁电”青年薛飞带你探索未来技术的奥秘
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科创青年说
青年是科技的未来，科学精神是创新的灵魂。青年科技工作者一直是浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）的一支生力军，他们充满创造力，奔跑在创新路上，源源不断为科技创新事业贡献青春力量。科创中心特开辟“科创青年说”栏目，让我们一起走近科创中心的青年科技工作者。
薛飞，是科创中心未来科学研究院的一位青年PI。2017年获中国科学院大学博士学位，2021年结束沙特阿卜杜拉国王科技大学的博士后训练。他的研究兴趣聚焦在二维铁电存储器件、压电电子学器件、微纳制造与集成等应用基础研究，已在Nature Electronics、Nature Communications、Matter、Advanced Materials等知名期刊发表多篇论文。
薛飞研究员工作照
这个优秀的中国小伙子，开始引起行业关注，年轻的薛飞凭借出色成绩，应邀担任微电子领域知名期刊Microelectronic Engineering (爱思唯尔集团) 副主编。
梁园虽好，不是久恋之家。虽然在沙特的工作和生活都非常顺利，但是对薛飞而言，还是更希望回到自己的祖国做出更有创新意识的研究。
沙特阿卜杜拉国王科技大学景色
2021年，受到科创中心未来科学研究院俞滨教授举荐，薛飞研究员下定决心，回国！加盟科创中心，举家搬迁到杭州，开启新征程！
加盟科创中心的这段时间，薛飞研究员的脚步一直没有停过，先后在顶级科学期刊Nature communication、Matter、Advanced Materials等上频发成果。
伴随后摩尔时代的到来，各类新型芯片技术正悄悄萌芽，如何面对未来应用场景，探索未来技术，提高铁电器件及集成芯片的性能，赋能下一代感存算一体芯片、类脑感知芯片……薛飞研究员一直在探索。
此前科创中心已经报道过薛飞研究员在探索铁电阻变现象起源方面的成果（点击此处了解详情），今天我们还将为您介绍，他在全新类脑计算传感架构、未来信息存储技术等方面做出的成绩。这一次他不仅进一步系统阐述了忆阻器的相关机理，更提出了全新的铁电类脑计算传感架构，为将来解决计算机功耗和速度问题，提供了可行路径。目前相关内容已经发表在Cell子刊Matter、Nature communication和Advanced Materials期刊。
新架构开辟新路径
对人来说，记忆力是重要的，对现代电子系统来说，存储信息同样重要，忆阻器作为新型存储技术的一种，将电阻器与存储器功能相结合，让计算与存储同时进行变为可能，愈发引起各界关注。尤其是铁电相关研究更是逐步成为瞩目的研究方向。
铁电性就是指具有自发极化且能够被外电场翻转的物理现象，此次，薛飞研究员联合俞滨教授、汪华研究员等国内外合作者，总结了二维铁电新颖物理现象，提出了新的铁电类脑感存算集成架构，为将来解决计算机功耗和速度问题，提供了可行路径。
为什么说这种技术架构可以为计算机功耗和速度问题的解决提供可能呢？因为类脑计算框架集合了存储、计算、传感、触觉等多功能，因为可以同时处理这些操作，所以可以大大降低功耗，提升速度，同时减少体积，增加集成度，更加绿色环保高效，也能够满足日益增长的数字信息处理需求。
如果说之前的计算框架就像一所专业性大学，那么薛飞研究员及其合作者提出的类脑感存算框架就好比一所综合性大学，可以一站式解决各种专业需求。
类脑计算框架是如何将多样化功能集合在了同一阵列式器件里的呢？除了新颖的集成架构，还有新的低维材料：三硒化二铟。这种材料过去常常被在光电探测、太阳能电池等领域，但是薛飞研究员根据材料本身物理特性，基于在该领域的长期探索与积累，大胆假设仔细验证，发现它可以被应用到类脑多功能芯片这个新的应用场景，同时展现出捕获光电、生物传感、触觉传感的能力。
正因如此，类脑多功能芯片才拥有了同时处理多项任务的可能性。虽然，这项研究距离真实芯片被制造出来还有一段距离，但是新架构的提出，为新一代产品的诞生奠定了坚实基础。
薛飞研究员说，在未来科学研究院做的就是将来5-10年的技术，具有一定前瞻性。未来，他们的技术可以被应用在多功能感知类脑芯片，运用在城市大脑、医疗、物联网、航空等多种领域。
同时，他们也期待依托位于科创中心建设区块的浙江省集成电路创新平台对产品进行全链条设计制造，更好为产研一体化做出贡献。
新理论展现新可能
不光是技术框架上进行了创新，薛飞研究员及其合作者还打破了传统观点，对铁电相关原理行了进一步解释，通过界面工程的方法揭开铁电电阻的起源。深入了解铁电器件机理方面的工作机制，也为多功能芯片制备奠定基础。
薛飞研究员表示，铁电忆阻器作为一种非易失电阻已得到广泛应用，尤其是应用在信息存储、神经形态计算和图像识别等方向，它们的电阻切换机制曾被唯象地认为是通过极化电荷对肖特基势垒的调控，但十多年来，获得直接全面的实验证据仍然很少。
比通常报道的解释认识更加深刻，薛飞研究员及其中外合作者通过实验发现铁电电阻开关其实是由三个独立变量决定：铁电极化、肖特基势垒变化和初始势垒高度，这个发现为提高铁电阻变器件的性能提供了理论指导。
加入未来科学研究院后，围绕铁电相关研究，薛飞研究员一直成果不断。他说，科创中心拥有多学科交叉优势，既有研究生物传感、理论模拟的团队，又有攻关底部材料合成的团队，几乎覆盖了芯片制造的各个环节，这种交叉融合的氛围，能够更好促使更多创新意识萌发。
以未来研究院为例，未来芯片、感知突破、智能隐身、能源安全……各个方向看似分得详细，却又相互关联，可以自由组合，有助于开展未来产业发展亟需的各项研究。下一步，薛飞研究员也希望依托科创中心未来科学研究院，扎根萧然大地，做出更多服务产业发展的前瞻性研究。
相关文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238522002417.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27617-6.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202201880.
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文字/图片：吴瑶瑶/孔晓睿 薛飞
本文编辑：孔晓睿
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