2017年电子行业十大技术突破

　　三、纳米级LED突破芯片间传输速率限制

　　2月中旬，荷兰爱因霍芬科技大学(Eindhoven University of Technology)的研究人员在《自然通讯》期刊中发表有关芯片上波导耦合纳米柱金属腔发光二极管的最新研究。研究人员展示一种接合至硅基板的纳米级LED层堆栈，并可耦合至磷化铟(InP)薄膜波导形成光闸耦合器。

　　据了解，这种nano-LED采用次微米级的纳米柱形状，其效率较前一代组件更高1000倍，在室温下的输出功率仅几奈瓦(nW)，相形之下，先前的研究结果约为皮瓦(pW)级输出功率。根据该研究论文显示，这种组件能够展现相当高的外部量子效率。而在低温时，研究人员发布的功率级为50nW，相当于在1Gb/s速率下每位传输超过400个光子，这一数字远远高于理想接收器的散粒噪声极限灵敏度。该组件作业于电信波长(1.55μm)，能以频率高达5GHz的脉冲波形产生器进行调变。

　　硅基板上的纳米柱状LED示意图

　　研究人员表示，由于短距离互连的损耗低，以及整合接收器技术持续进展，这一功率级可望以超精巧的光源实现芯片内部的数据传输。

　　研究人员还开发了一种表面钝化方法，能够进一步为nano-LED提高100倍的效率，同时透过改善奥姆接触进一步降低功耗。

　　四、助力量子通信发展 我国研制出百毫秒级高效量子存储器

　　中国科学技术大学教授潘建伟和包小辉等采用冷原子系综，在国际上首次研制出百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。该成果已经发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。

　　所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。经过二十多年的发展，量子通信这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，主要涉及的领域包括：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。量子通信具有高效率和绝对安全等特点，是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。

　　近年来，网络安全问题一直颇受世界关注，各种网络安全事件频出。随着“棱镜门”等事件的发展和全球政治形势的变化，信息安全引起世界各国重视。量子通信系统的问世，解决了未来量子计算时代的网络安全问题。而在量子保密通信应用领域，我国走在了世界前列。

　　2012年，中国科学家、中科大教授潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，研发出毫秒级的高效量子存储器，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定技术基础。2016年8月16日，由我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。

　　然而，2012年研发的存储器其存储时间仍与远距离量子中继的实际需求相距较远。近年来，潘建伟团队发展了三维光晶格限制原子运动等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76%的高性能量子存储器。

　　五、日本研究团队制作了高质量2英寸GaN芯片和MOSFET

　　日本三菱化学及富士电机、丰田中央研究所、京都大学、产业技术综合研究所的联合团队成功解决了在氮化镓(GaN)芯片上形成GaN元件功率半导体关键技术。GaN功率半导体是碳化硅功率半导体的下一代技术。日本通过发光二极管的开发积累了GaN元件技术，GaN芯片生产量占据世界最高份额。若做到现有技术的实用化，将处于世界优势地位。

　　功率半导体有利于家电、汽车、电车等的节能，产业需求很大。GaN功率半导体中，硅基板上形成横型GaN系的高电子迁移率晶体管等设备已经量产，但是，GaN基板上形成GaN的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)高性能设备的研究刚刚起步。美国也在积极研究，世界开发竞争激烈。

　　日联合团队制作了高质量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化学面向功率半导体改良了GaN芯片量产技术“氨热热法”。优化晶体成长条件，将芯片平均缺陷密度，减少到以往的数百分之一、每1平方厘米数千个水平。他们2018年度目标是使缺陷进一步降低1位数以上，实现4英寸大尺寸芯片。

　　六、SK海力士推出世界首款72层3DNAND

　　4月11日，SK海力士正式宣布推出世界首款72层256Gb 3D NAND闪存，基于TLC阵列。这也是在2016年11月首颗48层3D NAND芯片宣布仅仅5个月之后，SK海力士再次取得的重大突破。

　　据介绍，相比于之前推出的48层3D NAND芯片，72层芯片将单元数量提升了1.5倍，生产效率增加了30%。同时，由于加入了高速电路设计，72层芯片的内部运行速度达到了48芯片的2倍，读写性能大幅增加20%。

　　SK海力士表示，72层3D NAND芯片将于今年下半年大规模生产，满足高性能固态硬盘和智能手机设备的需求。