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近日，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出可批量制造的新型“光學(xué)硅”芯片引發(fā)了業(yè)界高度關(guān)注。
中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所科研團(tuán)隊(duì)與合作團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子器件微納加工方法，結(jié)合晶圓級(jí)流片工藝，成功制備出鉭酸鋰光子芯片。而該芯片所展現(xiàn)出的特性有望為突破通信領(lǐng)域速度、功耗、頻率和帶寬四大瓶頸問(wèn)題提供解決方案，并在低溫量子、光計(jì)算、光通信等領(lǐng)域催生革命性技術(shù)。
事實(shí)上，除了在光子芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破外，近期中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體其它領(lǐng)域亦取得了重要進(jìn)展。
國(guó)內(nèi)首款2Tb/s三維集成硅光芯粒成功出樣
當(dāng)前，業(yè)界正通過(guò)研發(fā)更大容量、更高速率、更高集成度的硅基光互連芯片解決方案提升算力系統(tǒng)的整體性能，以滿(mǎn)足人工智能快速發(fā)展帶來(lái)的AI算力系統(tǒng)對(duì)于高效能互連技術(shù)的爆發(fā)性增長(zhǎng)需求。然而，面向下一代單通道200G以上的光接口速率需求，硅光方案在速率、功耗、集成度等方面面臨著巨大挑戰(zhàn)。
5月9日，據(jù)“中國(guó)光谷”消息，國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心（NOEIC）和鵬城實(shí)驗(yàn)室的光電融合聯(lián)合團(tuán)隊(duì)完成2Tb/s硅光互連芯粒（chiplet）的研制和功能驗(yàn)證，在國(guó)內(nèi)首次驗(yàn)證了3D硅基光電芯粒架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單片最高達(dá)8×256Gb/s的單向互連帶寬。
據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)在2021年1.6T硅光互連芯片的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步突破了光電協(xié)同設(shè)計(jì)仿真方法，研制出硅光配套的單路超200G driver和TIA芯片, 并攻克了硅基光電三維堆疊封裝工藝技術(shù)，形成了一整套基于硅光芯片的3D芯粒集成方案。
該成果將廣泛應(yīng)用于下一代算力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心所需的CPO、NPO、LPO、LRO等各類(lèi)光模塊產(chǎn)品中，預(yù)計(jì)近期可以實(shí)現(xiàn)高端硅光芯片的批量商用。
中國(guó)團(tuán)隊(duì)研制出全球首個(gè)氮化鎵量子光源芯片
據(jù)“上海嘉定”4月底介紹，電子科技大學(xué)信息與量子實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)，及中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所成功研制出全球首個(gè)氮化鎵量子光源芯片。這一突破性進(jìn)展，不僅為我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為全球量子技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。
在該項(xiàng)目中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化電子束曝光和干法刻蝕工藝，成功攻克了氮化鎵晶體薄膜生長(zhǎng)以及波導(dǎo)側(cè)壁與表面散射損耗等技術(shù)難題，將氮化鎵材料首次成功應(yīng)用于量子光源芯片的研發(fā)中。
據(jù)悉，新研發(fā)的氮化鎵量子光源芯片在關(guān)鍵性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了重要突破——其輸出波長(zhǎng)范圍從25.6納米顯著擴(kuò)展至100納米，并具備向單片集成方向發(fā)展的潛力。這一創(chuàng)新意味著未來(lái)的“量子燈泡”將能照亮更多的領(lǐng)域，從而使大容量、長(zhǎng)距離、高質(zhì)量的量子互聯(lián)網(wǎng)成為可能。
相較于現(xiàn)有的通信方式，量子通信在安全性、準(zhǔn)確性和傳輸速度上具有顯著優(yōu)勢(shì)。隨著量子技術(shù)的不斷完善，它將在軍事、金融、科研等高度需求保密性的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)有望進(jìn)一步推動(dòng)人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展。
浙大學(xué)者在可水顯影的光刻膠創(chuàng)制方面取得進(jìn)展
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：T2225004）等資助下，浙江大學(xué)伍廣朋教授團(tuán)隊(duì)在化學(xué)放大光刻膠創(chuàng)制方面取得新進(jìn)展。
據(jù)“國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)”網(wǎng)站介紹，浙江大學(xué)伍廣朋教授團(tuán)隊(duì)利用自主開(kāi)發(fā)的高活性有機(jī)硼催化劑，以二氧化碳和帶有酸敏環(huán)狀縮醛結(jié)構(gòu)的環(huán)氧化合物為原料，制備了兼具高透明性碳酸酯主鏈和高酸敏性縮醛側(cè)基的新型光刻膠成膜樹(shù)脂。
科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)將制備的光刻膠樹(shù)脂與商用的KrF和ArF光刻膠樹(shù)脂進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果表明，這類(lèi)化學(xué)放大光刻膠表現(xiàn)出了優(yōu)異的靈敏度、對(duì)比度、分辨率和抗刻蝕性等綜合性能。同時(shí)，此類(lèi)光刻膠體系在室溫環(huán)境下可穩(wěn)定儲(chǔ)存60天以上。為開(kāi)發(fā)高性能的深紫外和極紫外光刻膠提供了一種新思路。
中國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)
5月6日，中國(guó)科大科研團(tuán)隊(duì)基于中國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)并命名的一種新型超導(dǎo)量子比特，實(shí)現(xiàn)了光子間的非線(xiàn)性相互作用，并進(jìn)一步在此系統(tǒng)中構(gòu)建出作用于光子的等效磁場(chǎng)以構(gòu)造人工規(guī)范場(chǎng)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)。
據(jù)“中新網(wǎng)”介紹，這項(xiàng)量子物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的突破成果，是“第二次量子革命”的重要內(nèi)容，有望在近期應(yīng)用于模擬經(jīng)典計(jì)算困難的量子系統(tǒng)并達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”。
本次研究提出人工搭建的量子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，靈活可控，是一種“自底而上”研究復(fù)雜量子物態(tài)的新范式。其優(yōu)勢(shì)包括：無(wú)需外磁場(chǎng)，通過(guò)變換耦合形式即可構(gòu)造出等效人工規(guī)范場(chǎng)；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行高精度可尋址的操控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高集成度量子系統(tǒng)微觀性質(zhì)的全面測(cè)量，并加以進(jìn)一步可控的利用。
沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、奧地利因斯布魯克大學(xué)教授彼得·佐勒(Peter Zoller)指出，在量子設(shè)備上高精度地產(chǎn)生如此高度糾纏的量子態(tài)，為研究奇異量子態(tài)開(kāi)啟了大門(mén)，是實(shí)現(xiàn)構(gòu)建新型容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)這一長(zhǎng)期夢(mèng)想的起點(diǎn)。
哈工大科研團(tuán)隊(duì)在鉿基鐵電薄膜領(lǐng)域取得新進(jìn)展
4月下旬，哈工大科研團(tuán)隊(duì)在鉿基鐵電薄膜領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)超快鐵電存儲(chǔ)提供依據(jù)。
二氧化鉿鐵電相是亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，作為二氧化鉿中最常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型，氧空位在穩(wěn)定亞穩(wěn)鐵電相方面效果顯著。在高介電柵介質(zhì)材料二氧化鉿（HfO2）薄膜中發(fā)現(xiàn)的鐵電性為解決鐵電存儲(chǔ)提供了新機(jī)遇。
然而，氧空位也給器件性能帶來(lái)負(fù)面影響。特別是氧空位對(duì)鐵電疇壁的釘扎效應(yīng)，導(dǎo)致二氧化鉿鐵電極化的翻轉(zhuǎn)速度下降，使鉿基鐵電存儲(chǔ)在讀寫(xiě)速度上處于劣勢(shì)。解決氧空位的“雙刃劍效應(yīng)”對(duì)提高二氧化鉿鐵電的極化翻轉(zhuǎn)特性至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)鉿基鐵電兼具高極化和快讀寫(xiě)性能的關(guān)鍵。
據(jù)哈工大介紹，該科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問(wèn)題，首次將受主（鑭元素）-施主（鉭元素）共摻雜方法應(yīng)用于外延鉿基鐵電薄膜的性能調(diào)控。通過(guò)該方法，研究人員獲得了同時(shí)具有高極化和快翻轉(zhuǎn)特性的鉿基鐵電薄膜，翻轉(zhuǎn)時(shí)間低至亞納秒級(jí)別，可與傳統(tǒng)鈣鈦礦鐵電氧化物材料相媲美。
哈工大表示，團(tuán)隊(duì)提出共摻雜策略，在鉿基鐵電材料的缺陷調(diào)控，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)能壘降低、提高鐵電性能、提升翻轉(zhuǎn)速度等方面具有重要意義，為加快鉿基鐵電薄膜在新型低功耗、快速和非易失存儲(chǔ)與邏輯器件中的實(shí)際應(yīng)用提供有效指導(dǎo)。
國(guó)科大面向高數(shù)值孔徑極紫外光刻的光源-掩模聯(lián)合優(yōu)化算法方面取得進(jìn)展
高數(shù)值孔徑（High NA, NA="0.55）極紫外（EUV）光刻是實(shí)現(xiàn)5nm及以下技術(shù)代先進(jìn)集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)，其成像性能受到諸多因素的限制。
光源-掩模聯(lián)合優(yōu)化（SMO）是先進(jìn)光刻工藝中提升成像質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)，并在14nm及以下技術(shù)代中實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。因此，建立面向High" NA EUV光刻系統(tǒng)的SMO算法具有明確且重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
4月底，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)集成電路學(xué)院韋亞一教授課題組與北京理工大學(xué)光電學(xué)院馬旭教授課題組開(kāi)展合作，提出了一種適用于High NA EUV光刻系統(tǒng)的SMO算法，有效提升了光刻系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
據(jù)介紹，該算法在GPU環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)10倍以上的計(jì)算效率提升。仿真結(jié)果表明，該算法可以降低光刻圖形誤差約70%，顯著提高光刻成像質(zhì)量，并在約150秒內(nèi)快速完成優(yōu)化。
北京大學(xué)首次實(shí)現(xiàn)高電學(xué)性能半導(dǎo)體水凝膠
水凝膠具有和生物組織相似的機(jī)械性能、含水量高和離子通透性好等特性，在組織工程、醫(yī)用敷料、生物傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
然而水凝膠電子器件因?yàn)槿鄙侔雽?dǎo)體水凝膠材料而無(wú)法實(shí)現(xiàn)豐富的集成電路功能等挑戰(zhàn)。對(duì)此，北京大學(xué)雷霆課題組提出了半導(dǎo)體水凝膠設(shè)計(jì)策略，填補(bǔ)了傳統(tǒng)水凝膠材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)高性能電子電路的空白。
該課題組通過(guò)將水溶性陽(yáng)離子共軛高分子用抗離子交聯(lián)或與其他水凝膠共混形成多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了兼具優(yōu)異機(jī)械性能、半導(dǎo)體性能、界面性能和生物相容性的半導(dǎo)體水凝膠。
該研究首次實(shí)現(xiàn)高電學(xué)性能的半導(dǎo)體水凝膠的制備和電子器件應(yīng)用，其兼具有機(jī)半導(dǎo)體優(yōu)異的電學(xué)特性以及水凝膠獨(dú)特的機(jī)械和生物界面特性，擴(kuò)展了有機(jī)半導(dǎo)體和水凝膠材料的應(yīng)用范圍。
中國(guó)首創(chuàng)新型場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控光電二極管
據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息，該校教授課題組與武漢大學(xué)劉勝院士團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際上首次提出了新型三電極光電PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑載流子調(diào)制新方法，實(shí)現(xiàn)了第三端口外加電場(chǎng)對(duì)二極管光電特性的有效調(diào)控。
據(jù)介紹，為提升整個(gè)光電技術(shù)的集成與發(fā)展，增加光電系統(tǒng)的信號(hào)傳輸速度和帶寬，同時(shí)減小系統(tǒng)體積和復(fù)雜度。研究人員通過(guò)在P型區(qū)域引入“第三電極”，將傳統(tǒng)的光電二極管與一個(gè)“金屬-氧化物-半導(dǎo)體”結(jié)構(gòu)進(jìn)行巧妙而又緊湊地片上器件集成。這種三端二極管減少了光通信系統(tǒng)中對(duì)外部偏置器電路的需求，實(shí)現(xiàn)了更小體積、更寬帶寬的光通信系統(tǒng)。
此外，團(tuán)隊(duì)還基于該新型光電二極管構(gòu)建了光通信系統(tǒng)和可重構(gòu)光電邏輯門(mén)系統(tǒng)，展示了該器件在光通信和光邏輯運(yùn)算中的巨大應(yīng)用潛力。
研究人員表示，由于該器件結(jié)構(gòu)和制作工藝十分簡(jiǎn)單，該新型場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控光電二極管架構(gòu)的提出，可被廣泛應(yīng)用于其他由各種半導(dǎo)體材料制成的有源光電子集成芯片和器件平臺(tái)上，對(duì)推動(dòng)下一代高速和多功能光電子集成芯片的發(fā)展有著重要價(jià)值。
下載ECAD模型
