近日，我國中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、西安電子科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在集成電路多領(lǐng)域研究取得重大進(jìn)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(shù)研究中取得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)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(zhǔn)、自適應(yīng)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(yīng)用于新型無掩膜深紫外光刻技術(shù)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(yīng)用于無掩膜深紫外光刻技術(shù)。在被廣泛應(yīng)用于集成電路芯片制造的步進(jìn)式光刻機(jī)技術(shù)之外，本技術(shù)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(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)高精度深紫外光刻提供了一種新的路徑和方法。這項(xiàng)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(xué)領(lǐng)域重要期刊《Laser & Photonics Reviews》。

20世紀(jì)90年代起，低成本、高分辨率無掩膜光刻技術(shù)便成為了光刻技術(shù)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一，但已開發(fā)的相關(guān)技術(shù)專利主要集中于歐美、日本和韓國等國家，技術(shù)壁壘較高。在此背景下，孫海定教授iGaN團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出并實(shí)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(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)器件尺寸、側(cè)壁形貌以及幾何形狀進(jìn)行了系統(tǒng)性設(shè)計(jì)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(gòu)建了基于深紫外micro-LED的陣列系統(tǒng)。更進(jìn)一步，通過構(gòu)建集發(fā)光與探測于一體的片上光電集成芯片，實(shí)現(xiàn)了片上和片間光通信系統(tǒng)應(yīng)用。

在本次研究中，團(tuán)隊(duì)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(jìn)一步開發(fā)了集自監(jiān)測、自校準(zhǔn)、自適應(yīng)功能于一體的深紫外顯示光電集成芯片，并應(yīng)用于無掩膜深紫外光刻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國際上利用該新型紫外光源進(jìn)行無掩膜光刻技術(shù)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(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)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(gòu)。

在該三維垂直集成架構(gòu)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(lán)寶石襯底并被襯底背面的紫外探測器捕獲，以實(shí)現(xiàn)LED和探測器之間的“光子互連與集成”，從而進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(zhǔn)。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(shí)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(shí)現(xiàn)緊湊、便攜式和低成本無掩膜深紫外光刻技術(shù)打下扎實(shí)的光源基礎(chǔ)。

華中科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)存算一體計(jì)算芯片研究成果獲殊榮

近日，華中科技大學(xué)王超教授團(tuán)隊(duì)在存算一體計(jì)算芯片領(lǐng)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(jì)算的高能效、低電壓基于SRAM的電荷恢復(fù)邏輯近存計(jì)算宏單元)”獲得2024年第21屆IEEE集成電路設(shè)計(jì)與技術(shù)國際會議獲得最佳會議論文
在能量受限的邊緣計(jì)算應(yīng)用中，主要有存內(nèi)計(jì)算和近存計(jì)算等兩類存算一體新型AI計(jì)算芯片主流方案。近年來，相比于存內(nèi)計(jì)算，近存計(jì)算由于其能夠更有效地實(shí)現(xiàn)更靈活、更復(fù)雜的計(jì)算功能同時(shí)提高集成度而備受關(guān)注；相比基于電流域、電荷域和電壓域的模擬計(jì)算，基于邏輯的數(shù)字計(jì)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(shù)。

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(shí)，保持高處理吞吐量和計(jì)算精度，是當(dāng)前高能效、低功耗存算一體計(jì)算領(lǐng)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(luò)（DNN）卷積計(jì)算的基于低電壓靜態(tài)存儲器（SRAM）的電荷恢復(fù)邏輯近存計(jì)算設(shè)計(jì)方案。

該設(shè)計(jì)采用了雙時(shí)鐘域架構(gòu)，通過權(quán)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(shí)，提出雙時(shí)鐘域架構(gòu)使得在慢時(shí)鐘域運(yùn)行的近閾值（Near-Vth）SRAM與快時(shí)鐘域的計(jì)算邏輯電路能夠?qū)崿F(xiàn)速度匹配；此外，該設(shè)計(jì)通過電荷恢復(fù)邏輯在亞閾值（Sub-Vth）電壓下運(yùn)行組合邏輯電路，大幅降低了計(jì)算功耗，并通過鎖存器設(shè)計(jì)和升壓電路保證了計(jì)算速度不受影響。

該項(xiàng)工作在40 nmCMOS工藝下實(shí)現(xiàn)近存計(jì)算宏單元設(shè)計(jì)，Sub-VthSRAM工作電壓為0.6 V，讀寫頻率為10 MHz，Near-Vth電荷恢復(fù)邏輯電路工作在0.4 V和1.1V，時(shí)鐘頻率為100 MHz，可實(shí)現(xiàn)3.71 TOPS/W的計(jì)算能效，設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到國際學(xué)術(shù)界領(lǐng)先水平。該工作與新加坡南洋理工大學(xué)鄭元謹(jǐn)教授團(tuán)隊(duì)合作，受到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和華中科技大學(xué)創(chuàng)新研究院技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目的資助。

據(jù)悉，該論文光電學(xué)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(xué)光電學(xué)院為論文第一完成單位。

上海交大研究團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體材料中有最新突破

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

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(yīng)可引發(fā)許多獨(dú)特的物理現(xiàn)象，例如二次諧波產(chǎn)生，這在基礎(chǔ)科學(xué)和各種應(yīng)用中起著重要作用。微納尺度下光與物質(zhì)相互作用過程，特別是非線性參量過程，有賴于材料本身強(qiáng)非線性還需將光局域在小模式體積內(nèi)以增強(qiáng)作用強(qiáng)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(qiáng)烈的二階非線性效應(yīng)。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(cè)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(xué)中的應(yīng)用。

該團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)Anapole共振條件將光限制在1.5個(gè)波長直徑內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)了非線性效應(yīng)的顯著增強(qiáng)。CBG結(jié)構(gòu)以其高光收集效率和垂直表面發(fā)射而廣泛應(yīng)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(yuǎn)場輻射模式相消干涉而沒有遠(yuǎn)場輻射，是在亞波長尺度上增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的理想選擇。在此研究中，團(tuán)隊(duì)在x切薄膜鈮酸鋰上的CBG中實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了Anapole共振增強(qiáng)的二次諧波產(chǎn)生。在泵浦強(qiáng)度為1.9 MW/cm^2下的歸一化轉(zhuǎn)換效率達(dá)1.21×10^-2 cm^2/GW；相比于薄膜鈮酸鋰，增強(qiáng)因子達(dá)到了42000倍。

此外，團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)換效率（約10^-2 cm^2/GW）的情況下實(shí)現(xiàn)了s/p入射光偏振無關(guān)二次諧波的產(chǎn)生。

北京大學(xué)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(jìn)展

近日，深圳研究生院信息工程學(xué)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(jià)氫鍵相互作用來克服固有范德華間隙導(dǎo)致的高接觸電阻，為實(shí)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(kuò)展的解決方案。

實(shí)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(dǎo)體領(lǐng)域，這仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)低接觸電阻的挑戰(zhàn)之一是要求金屬和半導(dǎo)體的能帶對齊以及具有無費(fèi)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(jià)范德華力而不是共價(jià)鍵將金屬與低維半導(dǎo)體鍵合，可形成清潔無損的原子界面，從而實(shí)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(dǎo)致的電子態(tài)弱耦合的限制，實(shí)驗(yàn)上實(shí)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(shù)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(xué)領(lǐng)域來說，情況變得更加糟糕，因?yàn)樵擃I(lǐng)域需要全面考慮柔性制造工藝和材料的兼容性，以及機(jī)械性能和電氣性能之間的權(quán)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(dǎo)體接觸間的基本相互作用是克服高接觸電阻的本質(zhì)途徑。這項(xiàng)研究通過第一性原理計(jì)算揭示了相比范德華力，氫鍵可顯著增強(qiáng)電子的隧道效應(yīng)且未引入金屬誘導(dǎo)的間隙態(tài)，有望實(shí)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(shí)克服范德華集成的限制提供了一個(gè)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(zhì)結(jié)中首次實(shí)現(xiàn)了π-氫鍵接觸，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高性能柔性薄膜晶體管。

該工作通過變溫FTIR及電學(xué)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(fù)依賴的隧穿電阻這一反?，F(xiàn)象的基本物理機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)氫鍵接觸電阻值比對應(yīng)范德華接觸低一個(gè)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(yīng)的范德華晶體管高一個(gè)數(shù)量級，為實(shí)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(kuò)展的解決方案。

該工作由信息工程學(xué)院師生獨(dú)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、深圳市科技創(chuàng)新委員會基礎(chǔ)研究項(xiàng)目以及深圳超算中心的支持。

西電大郝躍院士團(tuán)隊(duì)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(xué)常晶晶教授團(tuán)隊(duì)提出了一種在鹵化物鈣鈦礦晶格中直接引入具有強(qiáng)電負(fù)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(xué)，通訊作者是團(tuán)隊(duì)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(dǎo)致常用鈣鈦礦器件性能退變，限制其實(shí)際應(yīng)用的一大關(guān)鍵因素。當(dāng)前，具有強(qiáng)電負(fù)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(diǎn)。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(jìn)入鈣鈦礦薄膜晶格中的研究方面，目前尚未有報(bào)道。為了通過摻雜調(diào)控鈣鈦礦半導(dǎo)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(shù)使得氟離子（F-）能夠直接融入鈣鈦礦晶格中。研究結(jié)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(jié)構(gòu)，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(jī)鈣鈦礦材料，還能應(yīng)用于有機(jī)-無機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展提供了可能，具有重要的科學(xué)與應(yīng)用價(jià)值。