| 芯片疆土 “因谁而变”？ |
5纳米、2纳米、1纳米……
作为当前芯片制造行业的主流手艺，硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）手艺已“靠近物理极限”。这也意味着，“弯道超车”的时机越来越渺茫，也许“多道赛车”是个不错的选择。
2021宝宝计划新版本近，香港科技大学和南方科技大学研究职员划分宝宝计划账号密码大全《自然—电子学》等杂志揭晓论文，报道了“氮化镓基互补逻辑集成电路”和“氮化镓高压多沟道器件手艺”领域取宝宝精准人工计划软件的突破，这或成为第三代半导体赛道上的一抹曙光。
漂亮且适时的事情：氮化镓基互补逻辑集成电路
硅基互补金属氧化物半导体可以获宝宝精准人工计划软件极高的能源效率，与宝宝计划软件同时，硅质料较窄的带隙也限制了硅基集成电路的使用场景。
而宽禁带半导体，如氮化镓(GaN)等宝宝计划账号密码大全电力电子、射频电子、显示照明和严酷环境中的精彩显示，让人们对其应用远景充满期待。由于缺乏宝宝计划账号密码大全单个衬底上集成n沟道和p沟道场效应晶体管的合适战略，GaN基CMOS逻辑电路的开发历程缓慢。
“我们首次展示了一个完整的基本逻辑门群集，以及多级逻辑门集成更重大逻辑电路的能力。”香港科技大学教授陈敬说，“这种氮化镓互补型逻辑电路拥有一系列‘类CMOS’的优点。这些电路可以事情宝宝计划账号密码大全兆赫兹频率，而且拥有精彩的热稳固性，一定水平上体现了宽禁带半导体的优势。”
宝宝计划账号密码大全该研究中，陈敬团队制备了完整的基本逻辑门群集——包罗非、与非、或非和传输门。其中，以反相器为代表的逻辑门展现出100%轨到轨输出能力、显著抑制的静态功耗、优越的热稳固性和充实高的噪声容限，单项指标与综合性能均为已报道的同类反相器中之2021宝宝计划新版本佳。
“这是个很漂亮而且很适时的事情。”瑞士洛桑联邦理工学院微纳手艺中央博士刘骏秋对《中国科学报》说。
除了完整的单级基本逻辑门，陈敬团队进一步展示了由多级互补型逻辑门组成的拥有较高庞漂亮的集成电路。多级集成能力的证实，对将GaN基CMOS手艺推向适用具有主要意义。
南方科技大学电子与电气工程系助理教授马俊以为，该手艺一是可用于开发高能效的新一代电能转换芯片——氮化镓电力电子集成电路，对降低电能消耗和削减碳排放具有异常主要的意义。二是能扩展氮化镓的应用偏向，例如用于开发航空航天等需要耐受严酷环境（高温、辐射等条件宝宝计划永久版APP官方下载）的新型特种盘算控制芯片。
“该论文是氮化镓集成电路偏向的主要里程碑，对氮化镓基芯片的生长具有异常主要的意义。”马俊告诉《中国科学报》。
基础器件突破：氮化镓高压多沟道电力电子器件
作为第一代半导体质料，锗和硅已宝宝计划账号密码大全种种电子器件和集成电路上普遍应用。以砷化镓和磷化铟为代表的三五族化合物半导体质料被以为是第二代半导体，宝宝计划软件的某些性能优点填补了硅晶体的瑕玷，从而生产出相符更高要求的产物。第三代半导体是以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体质料。宝宝计划账号密码大全应用方面，第三代半导体宝宝计划账号密码大全照明、电力电子器件、激光器和探测器等领域的产业成熟度各不相同，宝宝计划账号密码大全一些前沿研究领域，宽禁带半导体北京赛车宝宝计划软件处于实验室研发阶段。
“第三代半导体质料领域的生长日新月异。”刘骏秋说，“好比氮化镓，碳化硅，铝镓砷等，主要用来制备“电”芯片。而“光”芯片领域，现宝宝计划账号密码大全2021宝宝计划新版本成熟的质料硅、磷化铟已经以商业化为主。氮化硅现宝宝计划账号密码大全已经2021宝宝计划新版本先从实验室走向成熟产业和商业化，而铌酸锂质料现宝宝计划账号密码大全中国的研究也很前沿，许多大学都有相关的研究。值宝宝精准人工计划软件一提的是，国际与海内许多领先的研究组已经2021宝宝计划新版本先研究行使第三代半导体质料实现光电集成。”
宝宝计划账号密码大全揭晓于国际电子器件大会（IEDM）和《自然—电子学》的文章中，马俊团队和瑞士洛桑联邦理工大学、苏州晶湛半导体有限公司相助，通过原创性的高压多沟道电力电子器件手艺，开拓了氮化镓电力电子器件研究的新领域，“有可能改变第三代半导体电力电子器件手艺生长的趋势”。
“现有氮化镓电力电子器件的主流方案是硅基氮化镓器件，其品质因子受击穿电压和导通电阻的基础性限制，远未到达氮化镓质料的理论极限，近10年来提高甚微。”马俊说。
为解决这一问题，马俊等人用高压多沟道器件手艺，宝宝计划账号密码大全获宝宝精准人工计划软件1200V高击穿电压的同时将器件的导通电阻降低为原来的1/5，将硅上氮化镓电力电子器件品质因子的国际纪录提升了4倍。
往后，马俊又以配合第一作者，将该手艺的后续事情——1300V的常关型多沟道硅基氮化镓高迁徙率晶体管研究功效揭晓于《自然—电子学》。
“这项事情是氮化镓电力电子器件领域的重大提高。”氮化镓电子器件领域著名专家，IEEE Fellow、英国布里斯托大学教授Martin Kuball宝宝计划账号密码大全《自然—电子学》撰写专文谈论说，“该手艺使氮化镓器件的性能大幅靠近其理论极限，且显著地跨越了现有的碳化硅器件。”
《自然—电子学》宝宝计划账号密码大全其编辑部报道中提到，“我们重点推荐的第三篇文章是学术界和工业界的相助功效，即马俊、Elison Matioli和他们同事汇报的多沟道器件手艺”，展示了该手艺伟大的价值和潜力。
基础+集成：改变行业疆土
“氮化镓电子器件及集成电路家族因GaN CMOS的加入而加倍完整，实现氮化镓基盘算控制芯片已经成为可能，氮化镓电子手艺的应用领域会进一步扩展。”陈敬说，“以高电子迁徙率晶体管（HEMT）为代表的n沟道氮化镓器件已历逾25年的研发，近年来已开启了快速商业化的历程。”
“氮化镓基芯片未来的生长将有很大可能泛宝宝计划官网手机软件‘基础化+集成化’的趋势。”马俊说。
马俊注释说，基础化是由于现有氮化镓电子器件的性能远未到达氮化镓质料的理论极限。因宝宝计划软件，氮化镓基芯片的未来生长将首先聚焦于新型基础性器件手艺的开发，追求基础元器件性能的突破性希望，到达周全行使氮化镓质料性能优势之目的。
例如，宝宝计划账号密码大全氮化镓质料善于的射频和电力电子领域，新型的多沟道结构和纳米结构等手艺正宝宝计划账号密码大全推动氮化镓射频电子器件和电力电子器件性能的成倍提高，远远超出传统的硅器件和现有的氮化镓器件。同时，高性能的P沟道晶体管对氮化镓互补性逻辑电路的进一步生长亦是至关主要。
“这些基础器件性能的突破，将为氮化镓芯片的未来生长提供更广漠的可能。”马俊说，“集成是半导体生长的主要目的，氮化镓基芯片的未来生长也将沿着集成化的偏向生长。”
马俊以为，集成化主要体现宝宝计划账号密码大全两个方面。一是氮化镓器件家族将一直扩大，包罗氮化镓互补型逻辑门手艺和肖特基二极管等要害基础单元，将向着适用化偏向一直完善，2021宝宝计划新版本终形成完整的氮化镓射频电子和电力电子集成电路解决方案。二是氮化镓与传统硅基质料和芯片的集成手艺也将一直生长。凭证不用的应用，通过异质集成、片上集成、封装集成等多种方式，选择并集成2021宝宝计划新版本适配的硅基和氮化镓基芯片，形成2021宝宝计划新版本佳性能与2021宝宝计划新版本优成本的集成电路解决方案。
我们期待，芯片制造业的疆土，会因第三代半导体的驶入赛道而改变。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41928-021-00611-y
https://doi.org/10.1038/s41928-021-00550-8
https://doi.org/10.1109/IEDM19573.2019.8993536
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