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丁科元:在《Science》发表论文的材料学院校友
[ 作者:材料学院 来源:哈工大(威海)新闻网 浏览:2867 录入时间:2017年12月1日 ]

近日,材料学院毕业生丁科元同学以共同第一作者身份撰写的论文《降低晶体成核随机性以实现亚纳秒数据存储》(《Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable subnanosecond memory writing》)被《Science》期刊录用。

这位在全世界最权威的学术期刊之一《Science》上发表论文的丁科元博士是我校区材料学院2012届电子封装专业毕业生,本科毕业后被保送到中国科学院上海微系统与信息技术研究所硕博连读,目前在深圳大学做博士后。这篇论文则是他博士期间的研究成果。


“在数字全球化的今天,爆炸式增长的信息对数据的存储与传输提出了极大的挑战,而目前商用计算体系架构内各存储部件,即缓存(SRAM)、内存(DRAM)和闪存(NAND Flash)之间性能差距日益加大,其间的数据交换效率也已成为了电子设备发展的瓶颈。因此研发具备存储密度大、读写速度快、能耗低、非易失(即断电后数据不丢失)等特点的新式通用式存储介质势在必行。”据丁科元介绍,基于相变材料的相变存储器(PCRAM)是最接近商业化的通用式存储器。

“国际半导体巨头IntelSamsungIBM等多年来致力于将PCRAM技术发展为通用存储器,以期推动计算体系架构的根本性变革,并继续抢占技术制高点。而我国在存储芯片技术方面发展相对滞后,进口存储芯片所耗费的外汇多年来超过石油,长此以往,将对我国信息产业发展与信息安全形成重大隐患,因此,我们基于这个问题展开了相关的研究。”

经过十多年的发展,我国已能够初步实现相变存储器的产业化,但目前所有相变存储器的读写速度仍然无法媲美高速型存储器。除去工业化工艺水平问题,最为核心的难题是传统相变材料(锗锑碲)形核随机性较大,其结晶化过程通常需要几十至几百纳秒,而结晶化速度直接对应着写入速度。

为解决写入速度瓶颈问题,丁科元所在的中国科学院上海微系统与信息技术研究所开展了深入研究,利用材料计算与设计的手段筛选出新型相变材料钪锑碲合金。该材料利用结构适配且更加稳定的钪碲化学键来加速晶核的孕育过程,显著降低形核过程的随机性,大幅加快结晶化即写入操作速度。与业内性能最好的相变器件相比,钪锑碲器件的操作速度提升超过10多倍,达到了0.7纳秒的高速可逆操作,并且降低操作功耗近10倍。“这一研究成果对深入理解和调控非晶态材料的形核与生长机制具有重要的指导意义,并为实现我国自主的通用存储器技术奠定了基础。”

丁科元所学的电子封装技术是我国2007年首批设立的面向新材料与信息技术交叉领域的新兴专业,研究的是从半导体芯片到电子器件再到电子产品的整个加工制造工艺过程,是现代半导体产业的重要支柱。该专业属于多学科交叉领域,涉及半导体封装制造技术、微纳米制造技术、材料科学与加工技术等尖端科技领域。

“本科期间所经受的科研训练为我随后从事科研研究打下了很好的基础。” 回想起自己在哈工大的学习时光,丁科元表示,“我一直坚信‘规格严格’,才能‘功夫到家’。作为工大学子就是要一点一点的钻研和学习,戒骄戒躁。只有先打好理论知识基础,才会在科研中才会游刃有余。

毕业后五年内逐步确立自己的研究方向、取得博士学位、发表高水平的论文,这些成果的取得得益于丁科元能够随时进入科研状态。“不要把生活和科研对立起来,生活中也可以思考科研问题,而且往往收获更大。”搞科研既要靠“衣带渐宽终不悔”的执着坚守,也有“蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”顿悟的喜悦。

“如果没有哈工大和材料学院,我的科研之路可能会非常坎坷,甚至不会喜欢上科学研究,更不会走上科研之路。”在材料学院学习的四年是丁科元不断磨练自己、逐步走上科研道路的四年。老师们的谆谆教导他一直牢记在心,那些年学到的思维方式、实践创新的思路已经成为他的行为习惯。

想到现在依然有无数曾经像他一样忙碌于实验室的材院学子们,丁科元对学弟学妹提出了宝贵的建议:本科期间一定要好好学习基础知识,筑牢基础,在学有余力的情况下多进实验室。另外,在大学学习生活中还要虚心学习,多向老师和学长学姐请教,吸取经验和教训,才能少走弯路,事半功倍。

“相信咱们的学院会越来越好,学弟学妹们会越来越优秀,成为真正有才有料的科研人!·记者 张玉芹 /文 材料学院学生记者团参与采访·




文章发布员:张玉芹