2017年電子行業(yè)十大技術突破

　　三、納米級LED突破芯片間傳輸速率限制

　　2月中旬，荷蘭愛因霍芬科技大學(Eindhoven University of Technology)的研究人員在《自然通訊》期刊中發(fā)表有關芯片上波導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LED層堆棧，并可耦合至磷化銦(InP)薄膜波導形成光閘耦合器。

　　據(jù)了解，這種nano-LED采用次微米級的納米柱形狀，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)相當高的外部量子效率。而在低溫時，研究人員發(fā)布的功率級為50nW，相當于在1Gb/s速率下每位傳輸超過400個光子，這一數(shù)字遠遠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(1.55μm)，能以頻率高達5GHz的脈沖波形產(chǎn)生器進行調(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持續(xù)進展，這一功率級可望以超精巧的光源實現(xiàn)芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。

　　研究人員還開發(fā)了一種表面鈍化方法，能夠進一步為nano-LED提高100倍的效率，同時透過改善奧姆接觸進一步降低功耗。

　　四、助力量子通信發(fā)展 我國研制出百毫秒級高效量子存儲器

　　中國科學技術大學教授潘建偉和包小輝等采用冷原子系綜，在國際上首次研制出百毫秒級高效量子存儲器，為遠距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅實基礎。該成果已經(jīng)發(fā)表在國際權威學術期刊《自然·光子學》上。

　　所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，量子通信這門學科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領域包括：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。量子通信具有高效率和絕對安全等特點，是目前國際量子物理和信息科學的研究熱點。

　　近年來，網(wǎng)絡安全問題一直頗受世界關注，各種網(wǎng)絡安全事件頻出。隨著“棱鏡門”等事件的發(fā)展和全球政治形勢的變化，信息安全引起世界各國重視。量子通信系統(tǒng)的問世，解決了未來量子計算時代的網(wǎng)絡安全問題。而在量子保密通信應用領域，我國走在了世界前列。

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

　　然而，2012年研發(fā)的存儲器其存儲時間仍與遠距離量子中繼的實際需求相距較遠。近年來，潘建偉團隊發(fā)展了三維光晶格限制原子運動等多項關鍵實驗技術，使得原子運動導致的退相干得到大幅抑制，并最終成功實現(xiàn)了存儲壽命達到0.22秒、讀出效率達到76%的高性能量子存儲器。

　　五、日本研究團隊制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET

　　日本三菱化學及富士電機、豐田中央研究所、京都大學、產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所的聯(lián)合團隊成功解決了在氮化鎵(GaN)芯片上形成GaN元件功率半導體關鍵技術。GaN功率半導體是碳化硅功率半導體的下一代技術。日本通過發(fā)光二極管的開發(fā)積累了GaN元件技術，GaN芯片生產(chǎn)量占據(jù)世界最高份額。若做到現(xiàn)有技術的實用化，將處于世界優(yōu)勢地位。

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

　　日聯(lián)合團隊制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化學面向功率半導體改良了GaN芯片量產(chǎn)技術“氨熱熱法”。優(yōu)化晶體成長條件，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)千個水平。他們2018年度目標是使缺陷進一步降低1位數(shù)以上，實現(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，由于加入了高速電路設計，72層芯片的內(nèi)部運行速度達到了48芯片的2倍，讀寫性能大幅增加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)硬盤和智能手機設備的需求。