一年發(fā)表兩篇Nature，接連創(chuàng)造出“世界最快”、“全球首顆”，成果被維基百科永久收錄，入選“35歲以下科技創(chuàng)新35人”亞太區(qū)名單……這是一位90后青年研究員2025年的“成績(jī)單”。亮眼成績(jī)的背后，離不開(kāi)數(shù)十年如一日的堅(jiān)持。復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院青年研究員劉春森，既是“破曉”器件的創(chuàng)造者，也是癡迷具體細(xì)節(jié)的嚴(yán)師。未來(lái)，他將繼續(xù)用自己的行動(dòng)，努力在科學(xué)史上留下屬于中國(guó)芯片人的坐標(biāo)。
十年探索沉淀，終迎“破曉”時(shí)分
2025年對(duì)33歲的劉春森而言，無(wú)疑是豐收的一年：研制出世界上最快的半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)和全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)芯片，兩篇Nature僅隔半年先后發(fā)布，成功入選2025年度“35歲以下科技創(chuàng)新35人”亞太區(qū)名單。這一系列成果的起點(diǎn)，要追溯到十年前。
2015年，劉春森從吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院畢業(yè)。面臨工作或深造的抉擇，他也曾迷茫：“我也不知道我要干什么，但有一點(diǎn)我很清楚，我知道自己不想干什么?！边x擇讀研，是因?yàn)椴辉高^(guò)一眼望到頭、重復(fù)性的工作生活。“如果讓我每天都在做一樣的事，我覺(jué)得自己的成長(zhǎng)就停止了?！?/strong>
再三考慮之下，劉春森最終選擇進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院攻讀碩士，并成為周鵬教授的第一個(gè)學(xué)生。彼時(shí)，他所研究的二維半導(dǎo)體材料還是一個(gè)新方向。這是一種新型材料，其原子間的化學(xué)鍵僅在水平方向形成，使得材料能夠被剝離成僅有原子層厚度的超薄層狀結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的表面無(wú)懸掛鍵特性，能有效減少電子散射。
早期研究更像是“生存式科研”，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀鯊牧汩_(kāi)始，設(shè)備主要依賴(lài)于學(xué)院的公共平臺(tái)，有什么設(shè)備，就做什么實(shí)驗(yàn)?！耙环矫媸亲约褐R(shí)儲(chǔ)備有限，另一方面也沒(méi)有條件去專(zhuān)攻某一領(lǐng)域做潛心研究，”劉春森回憶，“更多是‘靈機(jī)一動(dòng)’，看到別人用某種材料做了某個(gè)器件，就想我們用二維材料能不能也試試?！?/p>
轉(zhuǎn)折發(fā)生在2018年。團(tuán)隊(duì)利用二維材料易于異質(zhì)集成的特性，構(gòu)建了一個(gè)二維半浮柵閃存結(jié)構(gòu)，將存取速度提升至10納秒量級(jí)。這項(xiàng)成果成功發(fā)表于納米技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際期刊Nature Nanotechnology上，也是第一篇閃存技術(shù)相關(guān)成果。
然而，劉春森并不滿(mǎn)足。這個(gè)方案雖然提升了速度，但結(jié)構(gòu)仍較復(fù)雜，且在非易失性上做出了犧牲。一個(gè)根本性的問(wèn)題始終縈繞在團(tuán)隊(duì)成員的心頭：為什么電子本身不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和非易失？電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于金屬離子或氧空位，理論上應(yīng)該更有優(yōu)勢(shì)才對(duì)。
圍繞這個(gè)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)從結(jié)構(gòu)創(chuàng)新到隧穿效率提升，再到回歸物理本質(zhì)，研究一步步深入。直到2021年，團(tuán)隊(duì)基于FN隧穿工作機(jī)制，首次發(fā)現(xiàn)了雙三角隧穿勢(shì)壘超快電荷存儲(chǔ)機(jī)理，并研制出范德華異質(zhì)結(jié)閃存，其存儲(chǔ)速度提升到了20納秒，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存可達(dá)十年，成果再登Nature Nanotechnology。
2024年，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建起了準(zhǔn)二維泊松模型，在理論上預(yù)測(cè)了超注入現(xiàn)象。2025年4月，團(tuán)隊(duì)成功研制“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，其擦寫(xiě)速度可提升至亞1納秒（400皮秒），比傳統(tǒng)閃存快了約100萬(wàn)倍，相當(dāng)于每秒可執(zhí)行25億次操作，是迄今為止世界上最快的半導(dǎo)體電荷存儲(chǔ)技術(shù)。相關(guān)成果在Nature期刊上發(fā)表。
與此同時(shí)，這一成果被正式收錄進(jìn)維基百科“閃存”詞條的歷史章節(jié)中，這對(duì)劉春森個(gè)人而言，是比登上頂刊更有意義的事情。
除了閃存器件，團(tuán)隊(duì)的集成工作研究也在同步進(jìn)行。2024年，團(tuán)隊(duì)第一項(xiàng)集成工作的成果發(fā)表于Nature Electronics，在最理想的原生襯底上實(shí)現(xiàn)了二維良率的突破，為日后在實(shí)際CMOS襯底上解決問(wèn)題提供了基礎(chǔ)。為克服二維材料與CMOS集成難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用模塊化分離制造后通過(guò)單片互連的工藝，最終實(shí)現(xiàn)了高良率集成，并將該方案命名為“長(zhǎng)纓（CY-01）架構(gòu)”。
2025年10月，團(tuán)隊(duì)通過(guò)“長(zhǎng)纓（CY-01）”架構(gòu)，將“破曉（PoX）”與成熟硅基CMOS工藝深度融合，率先研發(fā)出全球首顆二維-硅基混合架構(gòu)芯片，并成功在Nature上發(fā)表。
保持“一直在變”的狀態(tài)，享受過(guò)程而非關(guān)注結(jié)果
在外人看來(lái)，這位青年科學(xué)家發(fā)展軌跡十分順暢：學(xué)生時(shí)期即在頂刊發(fā)表論文，留校后入選首批上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃，但劉春森自己的感受卻截然不同。
作為導(dǎo)師第一屆學(xué)生，沒(méi)有師兄師姐帶領(lǐng)，實(shí)驗(yàn)室從零開(kāi)始，設(shè)備依賴(lài)公共平臺(tái)，常常因?yàn)槠渌?xiàng)目?jī)?yōu)先而被擠占使用時(shí)間。為了做實(shí)驗(yàn)，他買(mǎi)了輛二手自行車(chē)，帶著樣品在不同校區(qū)間穿梭。
“早期科研工作是很艱辛的。”劉春森坦言，第一篇Nature Nanotechnology的部分?jǐn)?shù)據(jù)，是在一個(gè)臨時(shí)搭建的小實(shí)驗(yàn)室里完成的。因?yàn)樾卵b修，但又需要趕進(jìn)度，他甚至一度戴著防毒面具做實(shí)驗(yàn)，后來(lái)實(shí)在受不了，干脆把窗戶(hù)砸了通風(fēng)。
2021年，劉春森正式成為復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院的教師。即便是入職后，挑戰(zhàn)也并未減少。
在科研中，每當(dāng)進(jìn)展遇到阻塞時(shí)，劉春森不會(huì)壓抑自己的負(fù)面情緒，而是在釋放情緒后冷靜直面問(wèn)題、解決問(wèn)題。“釋放情緒只能短期緩解，但真正要解開(kāi)心結(jié)，還是得把問(wèn)題解決。”
在科研方向的選擇上，他也走過(guò)了一條從迷茫到清晰的道路。早期因?yàn)闂l件限制，只能“有什么做什么”；隨著團(tuán)隊(duì)壯大和科研條件的改善，以及領(lǐng)域本身越來(lái)越垂直深入，他開(kāi)始思考更深層的問(wèn)題：我們到底要做什么樣的研究？做什么才有意義？
2021年入職后，劉春森開(kāi)始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向集成研究轉(zhuǎn)型。“這需要很大決心，”他承認(rèn)，“如果繼續(xù)做器件，發(fā)表文章會(huì)更容易。但做集成意味著前期的成果產(chǎn)出會(huì)變慢?！笔聦?shí)也確實(shí)如此，好在如今，當(dāng)初的選擇有了好結(jié)果，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立起世界一流的集成能力。
直到如今，劉春森始終保持著“一直在變”的狀態(tài)。無(wú)論是筆記系統(tǒng)、任務(wù)管理還是指導(dǎo)學(xué)生的方法，他都在不斷調(diào)整、優(yōu)化。“我到現(xiàn)在還每天不停地改變自己，覺(jué)得哪里不好就重新改?！?/strong>
這種持續(xù)成長(zhǎng)的能力，或許正是他能夠帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得突破的關(guān)鍵。在他看來(lái)，做科研最重要的是享受過(guò)程，而不是追求結(jié)果。“欲渡關(guān)山，何懼狂瀾，風(fēng)生水起，正好揚(yáng)帆”，他的微信簽名如此寫(xiě)道，“想做什么事情就去做，享受這個(gè)過(guò)程?！?/p>
要做頂尖的科研，必須“具體思考每個(gè)結(jié)論”
除科研外，劉春森同時(shí)也擔(dān)任《集成電路發(fā)展概論》的任課老師。在學(xué)生們的眼中，他是一個(gè)典型的“嚴(yán)師”。在指導(dǎo)學(xué)生這件事上，他直言不諱，“學(xué)生最大的問(wèn)題，就是他們一直在抽象思考?！?/span>
劉春森以具體案例解釋?zhuān)袑W(xué)生做了個(gè)器件測(cè)不到電流，調(diào)研文獻(xiàn)后認(rèn)為可能是蒸發(fā)的金屬溫度太高破壞了二維材料，于是決定下周換個(gè)低溫金屬試試。“這就是典型的抽象思考，”劉春森分析說(shuō)，“高溫一定會(huì)破壞嗎？具體多高溫度會(huì)破壞？有沒(méi)有表征手段確認(rèn)？如果換低溫金屬，具體換哪種？臨界溫度是多少？”
在他看來(lái)，這種泛泛而談的思維方式常常得到看似“科學(xué)”的結(jié)論，聽(tīng)起來(lái)很有道理，但往往指向了完全錯(cuò)誤的方向。科研需要的是極致的“具體思考”，每一個(gè)結(jié)論都要有確鑿證據(jù)，每一個(gè)推論都要有嚴(yán)謹(jǐn)邏輯。
“要做頂尖科研就必須嚴(yán)格，因?yàn)槿说谋拘跃土?xí)慣于抽象思考。在我看來(lái)，沒(méi)有人天生喜歡深入思考，所以需要后期大量的訓(xùn)練?！眲⒋荷f(shuō)。
這種對(duì)“具體思考”的執(zhí)著貫穿在日?？蒲械拿總€(gè)細(xì)節(jié)中。2025年剛加入課題組的直博生程語(yǔ)冰觀(guān)察到，劉老師特別重視討論，“比起結(jié)果做得如何，他更在乎我們的思考過(guò)程。”
令程語(yǔ)冰印象深刻的是，某次組會(huì)上，劉春森在解釋一個(gè)比較抽象的概念時(shí)，講得非常清楚。“我以為他早就掌握了，后來(lái)才知道他是現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)思考推導(dǎo)出來(lái)的?！边@種隨時(shí)進(jìn)行深度思考的能力，讓學(xué)生們看到了頂尖科研工作者應(yīng)有的素養(yǎng)。
每周的組會(huì)不再是簡(jiǎn)單的進(jìn)度匯報(bào)，而是一場(chǎng)邏輯推演的演練。劉春森對(duì)學(xué)生PPT的要求較高，2022級(jí)博士生向昱桐深有體會(huì)：“他覺(jué)得組會(huì)PPT是這周工作的完整邏輯總結(jié)，排版混亂意味著思路混亂，我覺(jué)得做好組會(huì)的ppt、把握每一次組會(huì)的匯報(bào)機(jī)會(huì)，對(duì)課題推進(jìn)也有很大幫助?！?/p>
這種嚴(yán)格有時(shí)會(huì)帶來(lái)壓力，但學(xué)生們狀態(tài)不好時(shí)，劉春森絕不強(qiáng)迫?！拔覀兒蛣⒗蠋熣?qǐng)假，只要有正當(dāng)理由，他從不阻攔?！毕蜿磐┨寡?。
劉春森的這種科研理念，很大程度上源于導(dǎo)師周鵬的影響。“周老師的邏輯是非常短平快、非常直接的。”現(xiàn)在，劉春森將這些理念傳遞給學(xué)生，但他的方式并非簡(jiǎn)單復(fù)制。他鼓勵(lì)學(xué)生不必局限于導(dǎo)師的觀(guān)點(diǎn)，“如果你覺(jué)得在這個(gè)領(lǐng)域有人比我理解更深刻，就去參考他。只有這樣，你才能真正做到頂尖?！?/strong>
對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生，劉春森并不會(huì)在培養(yǎng)方式上有所區(qū)分，“我一直希望低年級(jí)同學(xué)能超越高年級(jí)的學(xué)生?！蹦壳?，他指導(dǎo)著16名博士生，已接近個(gè)人負(fù)荷的極限。盡管如此，他還是會(huì)非常深入具體地參與到每個(gè)課題的細(xì)節(jié)中，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)、理論還是問(wèn)題分析。
目前，團(tuán)隊(duì)已完成從基礎(chǔ)研究到工程化應(yīng)用中最艱難的一步。接下來(lái)，他們將進(jìn)一步迭代，計(jì)劃用3-5年的時(shí)間將項(xiàng)目集成到兆量級(jí)水平，并探索可靠的商業(yè)化路徑。
而在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)，劉春森希望能在科學(xué)史上留下自己的印記。“我希望我們的研究能在科學(xué)史上產(chǎn)生價(jià)值，比如成為一些知名教材作為案例，或者像現(xiàn)在這樣被維基百科收錄，這或許就是我畢生的目標(biāo)?！?/span>
