2016年半导体材料领域十大突破

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。

一、硅基导模量子集成光学芯片研制成功

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。

二、首个打破物理极限的1nm晶体管诞生

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

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）

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。

五、人类首次飞秒拍摄到了半导体材料内部的电子运动

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（9.1x10-31千克），速度快（绕原子核一周只需要1.8x10-16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。