五大高?？蒲袌F隊在集成電路上有最新突破！

近日，我國中國科學技術大學、華中科技大學、上海交通大學、北京大學、西安電子科技大學科研團隊在集成電路多領域研究取得重大進展，推動我國集成電路事業(yè)高速發(fā)展。

中國科大在無掩膜深紫外光刻技術研究中取得新進展

近日，中國科學技術大學微電子學院特任教授孫海定iGaNLab課題組開發(fā)了一種具有光能量自監(jiān)測、自校準、自適應能力的三維垂直集成深紫外發(fā)光器件陣列，并將它們成功應用于新型無掩膜深紫外光刻技術中。

該研究首次提出將深紫外微型發(fā)光二極管（micro-LED）陣列作為光源應用于無掩膜深紫外光刻技術。在被廣泛應用于集成電路芯片制造的步進式光刻機技術之外，本技術提出利用每顆micro-LED具有高能量密度、高分辨率、高集成度、低能耗等特點，為實現(xiàn)高精度深紫外光刻提供了一種新的路徑和方法。這項研究成果以“Vertically Integrated Self‐Monitoring AlGaN‐Based Deep Ultraviolet Micro‐LED Array with Photodetector Via a Transparent Sapphire Substrate Toward Stable and Compact Maskless Photolithography Application”為題，發(fā)表于光學領域重要期刊《Laser & Photonics Reviews》。

20世紀90年代起，低成本、高分辨率無掩膜光刻技術便成為了光刻技術研究的前沿熱點之一，但已開發(fā)的相關技術專利主要集中于歐美、日本和韓國等國家，技術壁壘較高。在此背景下，孫海定教授iGaN團隊創(chuàng)新性地提出并實現(xiàn)了一種基于深紫外micro-LED陣列作為光源的無掩膜深紫外光刻系統(tǒng)。該團隊通過多年在紫外micro-LED的研究和積累，針對深紫外micro-LED的外延結構器件尺寸、側壁形貌以及幾何形狀進行了系統(tǒng)性設計和優(yōu)化，大幅提升了每顆microLED的發(fā)光效率、發(fā)光功率、調(diào)制帶寬以及它們在日盲紫外光探測、成像和傳感等方面的多功能性及優(yōu)越的芯片性能，并成功構建了基于深紫外micro-LED的陣列系統(tǒng)。更進一步，通過構建集發(fā)光與探測于一體的片上光電集成芯片，實現(xiàn)了片上和片間光通信系統(tǒng)應用。

在本次研究中，團隊利用深紫外micro-LED具備的超小尺寸、超高亮度、長壽命及低功耗等優(yōu)勢，進一步開發(fā)了集自監(jiān)測、自校準、自適應功能于一體的深紫外顯示光電集成芯片，并應用于無掩膜深紫外光刻系統(tǒng)，實現(xiàn)了國際上利用該新型紫外光源進行無掩膜光刻技術的探索。在追求高效率、小尺寸深紫外micro-LED及其陣列的研究基礎上，團隊提出了一種集深紫外micro-LED陣列發(fā)光與光電探測器于一體的三維垂直集成芯片架構。

在該三維垂直集成架構中，深紫外micro-LED陣列向下發(fā)射的紫外光子可以穿透過透明的藍寶石襯底并被襯底背面的紫外探測器捕獲，以實現(xiàn)LED和探測器之間的“光子互連與集成”，從而進行高效的光信號傳輸。此外，通過搭建外部電路反饋系統(tǒng)，團隊展示了深紫外micro-LED陣列光輸出能量密度的自發(fā)穩(wěn)定和自動校準。最終，該系統(tǒng)不僅可以監(jiān)測陣列器件光輸出能量密度隨時間的波動變化，還可以不斷提供反饋信號以確保恒定的光輸出功率和光功率密度。這種高功率密度、高穩(wěn)定性、高集成度和低功耗微型紫外光源的提出，為最終實現(xiàn)緊湊、便攜式和低成本無掩膜深紫外光刻技術打下扎實的光源基礎。

華中科技大學科研團隊存算一體計算芯片研究成果獲殊榮

近日，華中科技大學王超教授團隊在存算一體計算芯片領域的最新研究成果“An Energy-Efficient Low-Voltage SRAM-based Charge Recovery Logic Near-Memory-Computing Macro for Edge Computing (一種用于邊緣計算的高能效、低電壓基于SRAM的電荷恢復邏輯近存計算宏單元)”獲得2024年第21屆IEEE集成電路設計與技術國際會議獲得最佳會議論文
在能量受限的邊緣計算應用中，主要有存內(nèi)計算和近存計算等兩類存算一體新型AI計算芯片主流方案。近年來，相比于存內(nèi)計算，近存計算由于其能夠更有效地實現(xiàn)更靈活、更復雜的計算功能同時提高集成度而備受關注；相比基于電流域、電荷域和電壓域的模擬計算，基于邏輯的數(shù)字計算由于其高集成度、高精度、高魯棒和高可靠性，逐步成為存算一體的主流技術。

但是，如何在降低工作電壓、存儲器訪問頻率和簡化數(shù)字邏輯的同時，保持高處理吞吐量和計算精度，是當前高能效、低功耗存算一體計算領域的重要研究課題。因此，該論文提出了一種用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡（DNN）卷積計算的基于低電壓靜態(tài)存儲器（SRAM）的電荷恢復邏輯近存計算設計方案。

該設計采用了雙時鐘域架構，通過權重靜態(tài)數(shù)據(jù)流減少SRAM的訪問頻率，降低了SRAM的供電電壓和存儲器訪問頻率，從而顯著節(jié)省存儲能耗；同時，提出雙時鐘域架構使得在慢時鐘域運行的近閾值（Near-Vth）SRAM與快時鐘域的計算邏輯電路能夠實現(xiàn)速度匹配；此外，該設計通過電荷恢復邏輯在亞閾值（Sub-Vth）電壓下運行組合邏輯電路，大幅降低了計算功耗，并通過鎖存器設計和升壓電路保證了計算速度不受影響。

該項工作在40 nmCMOS工藝下實現(xiàn)近存計算宏單元設計，Sub-VthSRAM工作電壓為0.6 V，讀寫頻率為10 MHz，Near-Vth電荷恢復邏輯電路工作在0.4 V和1.1V，時鐘頻率為100 MHz，可實現(xiàn)3.71 TOPS/W的計算能效，設計指標達到國際學術界領先水平。該工作與新加坡南洋理工大學鄭元謹教授團隊合作，受到了國家自然科學基金項目和華中科技大學創(chuàng)新研究院技術創(chuàng)新基金項目的資助。

據(jù)悉，該論文光電學院微波與光電集成系王超教授為論文通訊作者，博士生沈梓煊和碩士生黃磊為論文共同第一作者，華中科技大學光電學院為論文第一完成單位。

上海交大研究團隊在半導體材料中有最新突破

近日，上海交通大學物理與天文學院鄭遠林、陳險峰教授研究組研究了非線性晶體納米腔中增強的光參量過程，在薄膜鈮酸鋰中通過Anapole共振機制克服了材料的折射率限制并將光強局域在納米腔內(nèi)，實現(xiàn)了四個數(shù)量級的二次諧波增強。

該成果以“Enhanced second-harmonic generation in thin-film lithium niobate circular Bragg nanocavity”為題發(fā)表在Nano Letters上。
二階非線性效應可引發(fā)許多獨特的物理現(xiàn)象，例如二次諧波產(chǎn)生，這在基礎科學和各種應用中起著重要作用。微納尺度下光與物質相互作用過程，特別是非線性參量過程，有賴于材料本身強非線性還需將光局域在小模式體積內(nèi)以增強作用強度。

在各種材料中，鈮酸鋰是目前最廣泛使用的非線性晶體之一，它具有強烈的二階非線性效應。而鈮酸鋰折射率并不太高，對鈮酸鋰的加工也十分困難且蝕刻側壁也不夠陡直，這限制了其將光束限制在納米尺度的能力，從而限制了其在納米光子學中的應用。

該團隊在納米薄膜鈮酸鋰（TFLN）平臺上利用圓形布拉格環(huán)柵腔（CBG）并在腔中心盤內(nèi)設計Anapole共振條件將光限制在1.5個波長直徑內(nèi)，最終實現(xiàn)了非線性效應的顯著增強。CBG結構以其高光收集效率和垂直表面發(fā)射而廣泛應用于激光器、量子****和非線性器件中。Anapole共振由于振蕩電偶極矩和環(huán)形偶極矩遠場輻射模式相消干涉而沒有遠場輻射，是在亞波長尺度上增強光與物質相互作用的理想選擇。在此研究中，團隊在x切薄膜鈮酸鋰上的CBG中實驗實現(xiàn)了Anapole共振增強的二次諧波產(chǎn)生。在泵浦強度為1.9 MW/cm^2下的歸一化轉換效率達1.21×10^-2 cm^2/GW；相比于薄膜鈮酸鋰，增強因子達到了42000倍。

此外，團隊還研究了橢圓形布拉格環(huán)柵腔（EBG）中二次諧波產(chǎn)生的特性，并在不降低非線性轉換效率（約10^-2 cm^2/GW）的情況下實現(xiàn)了s/p入射光偏振無關二次諧波的產(chǎn)生。

北京大學深圳研究生院在高性能低維柔性電子集成方向取得重要進展

近日，深圳研究生院信息工程學院張盛東教授課題組在國際著名期刊Advanced Materials以Frontispiece高亮推薦的形式發(fā)表了題目為“Hydrogen-bonding integrated low-dimensional flexible electronics beyond the limitations of van der Waals contacts”的研究論文。該工作創(chuàng)新性地引入非共價氫鍵相互作用來克服固有范德華間隙導致的高接觸電阻，為實現(xiàn)超越范德華接觸限制的高性能、低功耗柔性電子器件提供了一種可擴展的解決方案。

實現(xiàn)低接觸電阻是開發(fā)高性能電子器件的基本前提，但在低維半導體領域，這仍然是一項艱巨的挑戰(zhàn)。實現(xiàn)低接觸電阻的挑戰(zhàn)之一是要求金屬和半導體的能帶對齊以及具有無費米能級釘扎的接觸界面，從而最大限度地減少肖特基勢壘。通過非共價范德華力而不是共價鍵將金屬與低維半導體鍵合，可形成清潔無損的原子界面，從而實現(xiàn)肖特基勢壘的定制以逼近肖特基-莫特極限。

然而，由于受到額外的隧道勢壘和固有范德華間隙導致的電子態(tài)弱耦合的限制，實驗上實現(xiàn)具有超低接觸電阻的范德華接觸仍然罕見。這一限制引發(fā)了接觸技術的革命，半金屬（例如鉍Bi和銻Sb）接觸就是代表。

然而，半金屬接觸受到沉積溫度高和功函數(shù)范圍窄的限制。對于柔性電子學領域來說，情況變得更加糟糕，因為該領域需要全面考慮柔性制造工藝和材料的兼容性，以及機械性能和電氣性能之間的權衡。無論是柔性電子器件還是剛性電子器件，都亟需開發(fā)一種更通用的方法來從根本上克服范德華集成的局限性。

著手調(diào)節(jié)金屬與半導體接觸間的基本相互作用是克服高接觸電阻的本質途徑。這項研究通過第一性原理計算揭示了相比范德華力，氫鍵可顯著增強電子的隧道效應且未引入金屬誘導的間隙態(tài)，有望實現(xiàn)逼近量子極限的接觸電阻，從而為保持清潔接觸界面的同時克服范德華集成的限制提供了一個通用途徑。通過利用低溫全溶液方法，作者在表面工程化的MXene/碳納米管金半異質結中首次實現(xiàn)了π-氫鍵接觸，并在此基礎上實現(xiàn)了高性能柔性薄膜晶體管。

該工作通過變溫FTIR及電學測量等聯(lián)合表征了金半接觸中氫鍵存在的證據(jù)，并闡明了溫度負依賴的隧穿電阻這一反?，F(xiàn)象的基本物理機制，最終實現(xiàn)氫鍵接觸電阻值比對應范德華接觸低一個數(shù)量級。氫鍵集成的晶體管不僅具有超高的柔韌性，在彎曲半徑低至1.5mm的情況下可承受十萬次以上的彎曲，而且載流子遷移率也比對應的范德華晶體管高一個數(shù)量級，為實現(xiàn)超越范德華接觸限制的高性能、低功耗柔性電子器件提供了一種可擴展的解決方案。

該工作由信息工程學院師生獨立完成，博士生劉德行為論文的第一作者，碩士生劉子一為論文共同第一作者，張敏為論文通訊作者。張盛東以及碩士生高新宇、朱家豪、王子凡、邱睿、任沁琦和張藝明等為共同作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目、深圳市科技創(chuàng)新委員會基礎研究項目以及深圳超算中心的支持。

西電大郝躍院士團隊常晶晶教授等在國際頂級期刊上發(fā)表重要科研成果

近日，西安電子科技大學常晶晶教授團隊提出了一種在鹵化物鈣鈦礦晶格中直接引入具有強電負性的氟離子，以抑制鈣鈦礦離子遷移，并穩(wěn)定晶相的策略。該方法顯著提升了鈣鈦礦光伏器件性能及穩(wěn)定性。這一成果發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》上，題為Inhibiting Ion Migration and Stabilizing Crystal‐Phase in Halide Perovskite via Directly Incorporated Fluoride Anion，文章的唯一通訊單位為西安電子科技大學，通訊作者是團隊中的常晶晶教授及胡趙勝博士。

離子遷移以及較差的穩(wěn)定性是導致常用鈣鈦礦器件性能退變，限制其實際應用的一大關鍵因素。當前，具有強電負性F-在鈣鈦礦薄膜表面、晶界或界面處修飾，以提升材料穩(wěn)定性及器件性能成為研究熱點。盡管此類修飾策略在提升鈣鈦礦材料性能方面展現(xiàn)出顯著潛力，但在直接摻雜進入鈣鈦礦薄膜晶格中的研究方面，目前尚未有報道。為了通過摻雜調(diào)控鈣鈦礦半導體特性，探索其直接引入鈣鈦礦晶格具有重要意義。然而，氟化物相比其它鹵化物具有更低溶解度，使其通過溶液法在晶格中引入F-非常具有挑戰(zhàn)性。

作者在這研究中，發(fā)展了一類新型的可揮發(fā)增溶性配體-吡啶鹵化物，用來輔助溶解PbF2，這一創(chuàng)新技術使得氟離子（F-）能夠直接融入鈣鈦礦晶格中。研究結果發(fā)現(xiàn)由于F-與鈣鈦礦中常用的鹵素離子（如I-和Br-）之間的離子半徑差異較大，F(xiàn)-趨向于占據(jù)鈣鈦礦CsPbI2Br的間隙位置，而非形成八面體骨架結構，這一發(fā)現(xiàn)為F-的引入提供了新的途徑。此外，該方法具有一定的普適性，不僅適用于全無機鈣鈦礦材料，還能應用于有機-無機雜化鈣鈦礦體系。這一成果不僅為鈣鈦礦材料的性能優(yōu)化提供了新的策略，也為推動鈣鈦礦光電器件等應用領域的發(fā)展提供了可能，具有重要的科學與應用價值。