2017年電子行業(yè)十大技術(shù)突破

　　三、納米級(jí)LED突破芯片間傳輸速率限制

　　2月中旬，荷蘭愛(ài)因霍芬科技大學(xué)(Eindhoven University of Technology)的研究人員在《自然通訊》期刊中發(fā)表有關(guān)芯片上波導(dǎo)耦合納米柱金屬腔發(fā)光二極管的最新研究。研究人員展示一種接合至硅基板的納米級(jí)LED層堆棧，并可耦合至磷化銦(InP)薄膜波導(dǎo)形成光閘耦合器。

　　據(jù)了解，這種nano-LED采用次微米級(jí)的納米柱形狀，其效率較前一代組件更高1000倍，在室溫下的輸出功率僅幾奈瓦(nW)，相形之下，先前的研究結(jié)果約為皮瓦(pW)級(jí)輸出功率。根據(jù)該研究論文顯示，這種組件能夠展現(xiàn)相當(dāng)高的外部量子效率。而在低溫時(shí)，研究人員發(fā)布的功率級(jí)為50nW，相當(dāng)于在1Gb/s速率下每位傳輸超過(guò)400個(gè)光子，這一數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理想接收器的散粒噪聲極限靈敏度。該組件作業(yè)于電信波長(zhǎng)(1.55μm)，能以頻率高達(dá)5GHz的脈沖波形產(chǎn)生器進(jìn)行調(diào)變。

　　硅基板上的納米柱狀LED示意圖

　　研究人員表示，由于短距離互連的損耗低，以及整合接收器技術(shù)持續(xù)進(jìn)展，這一功率級(jí)可望以超精巧的光源實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。

　　研究人員還開(kāi)發(fā)了一種表面鈍化方法，能夠進(jìn)一步為nano-LED提高100倍的效率，同時(shí)透過(guò)改善奧姆接觸進(jìn)一步降低功耗。

　　四、助力量子通信發(fā)展 我國(guó)研制出百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉和包小輝等采用冷原子系綜，在國(guó)際上首次研制出百毫秒級(jí)高效量子存儲(chǔ)器，為遠(yuǎn)距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該成果已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

　　所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，量子通信這門(mén)學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領(lǐng)域包括：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，是目前國(guó)際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

　　近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題一直頗受世界關(guān)注，各種網(wǎng)絡(luò)安全事件頻出。隨著“棱鏡門(mén)”等事件的發(fā)展和全球政治形勢(shì)的變化，信息安全引起世界各國(guó)重視。量子通信系統(tǒng)的問(wèn)世，解決了未來(lái)量子計(jì)算時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。而在量子保密通信應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)走在了世界前列。

　　2012年，中國(guó)科學(xué)家、中科大教授潘建偉等人在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，研發(fā)出毫秒級(jí)的高效量子存儲(chǔ)器，為發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”奠定技術(shù)基礎(chǔ)。2016年8月16日，由我國(guó)科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空，將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。

　　然而，2012年研發(fā)的存儲(chǔ)器其存儲(chǔ)時(shí)間仍與遠(yuǎn)距離量子中繼的實(shí)際需求相距較遠(yuǎn)。近年來(lái)，潘建偉團(tuán)隊(duì)發(fā)展了三維光晶格限制原子運(yùn)動(dòng)等多項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使得原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的退相干得到大幅抑制，并最終成功實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)壽命達(dá)到0.22秒、讀出效率達(dá)到76%的高性能量子存儲(chǔ)器。

　　五、日本研究團(tuán)隊(duì)制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET

　　日本三菱化學(xué)及富士電機(jī)、豐田中央研究所、京都大學(xué)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功解決了在氮化鎵(GaN)芯片上形成GaN元件功率半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)。GaN功率半導(dǎo)體是碳化硅功率半導(dǎo)體的下一代技術(shù)。日本通過(guò)發(fā)光二極管的開(kāi)發(fā)積累了GaN元件技術(shù)，GaN芯片生產(chǎn)量占據(jù)世界最高份額。若做到現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)用化，將處于世界優(yōu)勢(shì)地位。

　　功率半導(dǎo)體有利于家電、汽車、電車等的節(jié)能，產(chǎn)業(yè)需求很大。GaN功率半導(dǎo)體中，硅基板上形成橫型GaN系的高電子遷移率晶體管等設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，但是，GaN基板上形成GaN的金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)高性能設(shè)備的研究剛剛起步。美國(guó)也在積極研究，世界開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)激烈。

　　日聯(lián)合團(tuán)隊(duì)制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化學(xué)面向功率半導(dǎo)體改良了GaN芯片量產(chǎn)技術(shù)“氨熱熱法”。優(yōu)化晶體成長(zhǎng)條件，將芯片平均缺陷密度，減少到以往的數(shù)百分之一、每1平方厘米數(shù)千個(gè)水平。他們2018年度目標(biāo)是使缺陷進(jìn)一步降低1位數(shù)以上，實(shí)現(xiàn)4英寸大尺寸芯片。

　　六、SK海力士推出世界首款72層3DNAND

　　4月11日，SK海力士正式宣布推出世界首款72層256Gb 3D NAND閃存，基于TLC陣列。這也是在2016年11月首顆48層3D NAND芯片宣布僅僅5個(gè)月之后，SK海力士再次取得的重大突破。

　　據(jù)介紹，相比于之前推出的48層3D NAND芯片，72層芯片將單元數(shù)量提升了1.5倍，生產(chǎn)效率增加了30%。同時(shí)，由于加入了高速電路設(shè)計(jì)，72層芯片的內(nèi)部運(yùn)行速度達(dá)到了48芯片的2倍，讀寫(xiě)性能大幅增加20%。

　　SK海力士表示，72層3D NAND芯片將于今年下半年大規(guī)模生產(chǎn)，滿足高性能固態(tài)硬盤(pán)和智能手機(jī)設(shè)備的需求。