2016年半导体材料领域十大突破

5月24日晚19:00,由物理与微电子科学学院主办的创新创业论坛第十二期——薛加民教授主题报告会;IV-VI族二维材料的电子输运研究于研究生楼C302顺利举行。薛教授对二维材料的原理,结构,发展历史,前沿技术和创新性研究等方面做了详细的介绍,将科研中的创新性思维展示给在座的同学和老师。

2016年对半导体行业来说是风起云涌。为了度过难关,各大企业不是一头扎进了疯狂的并购潮,就是加大力度进行技术研发。今天就让我们来看一看2016年半导体材料都发生了哪些突破。

薛教授的报告从二维材料概述开始。二维材料的发展从由石墨层起步,研究学者通过光学测量发现100纳米,10纳米甚至1纳米的石墨层,如此薄的石墨层仿佛是处于二维世界之中,于是二维材料的研究逐渐开始。他讲到,当一个电子通过二维材料时,相比于原有的石墨结构,这种二维结构使得电子仿佛失去质量,这种性质的物质在科研应用方面前景很好。其后,薛教授又对场效应晶体管,这种研究二维材料电子运输的基本器件的结构和理论进行解释。

一、硅基导模量子集成光学芯片研制成功

在整体介绍完二维材料之后,薛教授对二硒化锡器件的运输性质进行了阐述。教授说到,半导体二硒化锡所出现的类似于金属的反常导电性质吸引了研究者们的目光,对二硒化锡的思考使得二维晶体管有了较大的发展。薛教授对学生们强调到;在我们的常识中半导体和金属是不能相互转换的,这种与常识相违背的性质在科研中是很有趣且很有价值的。在座的同学也对这种神奇的材料产生了浓厚的兴趣,连连发出惊呼声。

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不仅如此,薛教授还分析了二硒化锡的优缺点,并解释道,从元素周期表出发,研究者们对第四主族和第五主族有着相似性质的物质的研究已经取得相当大的进展。所以,薛教授科研组另辟蹊径,引入了一种新的由第六主族元素组成的物质,硫化锡。薛教授从硫化锡的获取,性质与实验仪器,扫描隧道显微镜,简称STM的结构和工作原理进行了解释,并将薛教授所在的实验小组最新的进展展示给在座的学生,使学生门深受启发。

7月份,中国科技大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室任希锋研究组与浙江大学戴道锌教授合作,首次研制成功硅基导膜量子集成芯片,他们在硅光子集成芯片上利用硅纳米光波导中不同的能量传输模式,作为量子信息编码的新维度,实现了单光子态和量子纠缠态在偏振、路径、波导模式等不同自由度之间的相干转换,其干涉可见度均超过90%,为集成量子光学芯片上光子多个自由度的操纵和转换提供了重要实验依据。

在随后的时间中,研究生和高年级的本科生也积极地从理论计算,平面图的分析,带隙和导带的关系等方面进行了详细的询问,薛教授也一一作出回答并解释自己在试验中每一步的原因和过程。

二、首个打破物理极限的1nm晶体管诞生

本次创新创业论坛薛教授肯定了同学们对科研的积极态度,并且鼓励同学们更多的投身于科研当中,发挥长处取得优秀成绩。希望更多的同学能参与其中,为物电院的发展助力!

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10月7日对于普通人来说可能没有什么意义,但对于计算机技术界来说绝对是一个值得纪念的日子。据外媒报道,劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。

三、碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管

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美国研究人员于9月6日宣布,他们成功制备出一种碳纳米晶体管,其性能首次超越现有硅晶体管,有望为碳纳米晶体管将来取代硅晶体管铺平道路。硅是目前主流半导体材料,广泛应用于各种电子元件。但受限于硅的自身性质,传统半导体技术被认为已经趋近极限。碳纳米管具有硅的半导体性质,科学界希望利用它来制造速度更快、能耗更低的下一代电子元件,使智能手机和笔记本电脑等设备的电池寿命更长、无线通信速率和计算速度更快。但长期以来,碳纳米管用作晶体管面临一系列挑战,其性能一直落后于硅晶体管和砷化镓晶体管。美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在美国《科学进展》杂志上介绍了他们克服的多重困难。

四、“石墨烯之父”发现比石墨烯更好的半导体——硒化铟(InSe)

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石墨烯只有一层原子那么厚,具有无可比拟的导电性。全世界的专家们都在畅想石墨烯在未来电路中的应用。尽管有那么多的超凡属性,石墨烯却没有能隙(energy
gap)。不同于普通的半导体,它的化学表现更像是金属。这使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。这项新发现证明,硒化铟晶体可以做得只有几层原子那么薄。它已表现出大幅优于硅的电子属性。而硅是今天的电子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。更重要的是,跟石墨烯不同,硒化铟的能隙相当大。这使得它做成的晶体管可以很容易地开启/关闭。这一点和硅很像,使硒化铟成为硅的理想替代材料。人们可以用它来制作下一代超高速的电子设备。

威尼斯官方网站登录,五、人类首次飞秒拍摄到了半导体材料内部的电子运动

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电子是一种亚原子粒子,属于轻子的一种。长期以来,由于它的质量小(9.1×10-31千克),速度快(绕原子核一周只需要1.8×10-16秒),虽然用处广泛,却难以观测。2008年2月,来自瑞典的几位科学家首次拍摄到了单个电子的录像,实现了历史性的突破。然而,想要拍摄固体内部的电子,因为电子数量众多、环境复杂,更是难上加难。长期以来,科学家们没有找到任何直接观测的方法。如今,来自冲绳科学技术大学院大学(Okinawa
Institute of Science and Technology Graduate
University,OIST)的科学家们用他们的“飞秒照相机”成功地首次拍到了材料内部电子的运动轨迹,再度实现了突破。

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