2016年對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)來說是風(fēng)起云涌。為了度過難關(guān)，各大企業(yè)不是一頭扎進(jìn)了瘋狂的并購(gòu)潮，就是加大力度進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。今天就讓我們來看一看2016年半導(dǎo)體材料都發(fā)生了哪些突破。
一、硅基導(dǎo)模量子集成光學(xué)芯片研制成功
7月份，中國(guó)科技大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任希鋒研究組與浙江大學(xué)戴道鋅教授合作，首次研制成功硅基導(dǎo)膜量子集成芯片，他們?cè)诠韫庾蛹尚酒侠霉杓{米光波導(dǎo)中不同的能量傳輸模式，作為量子信息編碼的新維度，實(shí)現(xiàn)了單光子態(tài)和量子糾纏態(tài)在偏振、路徑、波導(dǎo)模式等不同自由度之間的相干轉(zhuǎn)換，其干涉可見度均超過90%，為集成量子光學(xué)芯片上光子多個(gè)自由度的操縱和轉(zhuǎn)換提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
二、首個(gè)打破物理極限的1nm晶體管誕生
10月7日對(duì)于普通人來說可能沒有什么意義，但對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)界來說絕對(duì)是一個(gè)值得紀(jì)念的日子。據(jù)外媒報(bào)道，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)打破了物理極限，將現(xiàn)有最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm。
三、碳納米晶體管性能首次超越硅晶體管
美國(guó)研究人員于9月6日宣布，他們成功制備出一種碳納米晶體管，其性能首次超越現(xiàn)有硅晶體管，有望為碳納米晶體管將來取代硅晶體管鋪平道路。硅是目前主流半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于各種電子元件。但受限于硅的自身性質(zhì)，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)被認(rèn)為已經(jīng)趨近極限。碳納米管具有硅的半導(dǎo)體性質(zhì)，科學(xué)界希望利用它來制造速度更快、能耗更低的下一代電子元件，使智能手機(jī)和筆記本電腦等設(shè)備的電池壽命更長(zhǎng)、無線通信速率和計(jì)算速度更快。但長(zhǎng)期以來，碳納米管用作晶體管面臨一系列挑戰(zhàn)，其性能一直落后于硅晶體管和砷化鎵晶體管。美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員在美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志上介紹了他們克服的多重困難。
四、“石墨烯之父”發(fā)現(xiàn)比石墨烯更好的半導(dǎo)體——硒化銦（InSe）
石墨烯只有一層原子那么厚，具有無可比擬的導(dǎo)電性。全世界的專家們都在暢想石墨烯在未來電路中的應(yīng)用。盡管有那么多的超凡屬性，石墨烯卻沒有能隙（energy gap）。不同于普通的半導(dǎo)體，它的化學(xué)表現(xiàn)更像是金屬。這使得它在類似于晶體管的應(yīng)用上前景黯淡。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)證明，硒化銦晶體可以做得只有幾層原子那么薄。它已表現(xiàn)出大幅優(yōu)于硅的電子屬性。而硅是今天的電子元器件（尤其是芯片）所普遍使用的材料。更重要的是，跟石墨烯不同，硒化銦的能隙相當(dāng)大。這使得它做成的晶體管可以很容易地開啟/關(guān)閉。這一點(diǎn)和硅很像，使硒化銦成為硅的理想替代材料。人們可以用它來制作下一代超高速的電子設(shè)備。
五、人類首次飛秒拍攝到了半導(dǎo)體材料內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)
電子是一種亞原子粒子，屬于輕子的一種。長(zhǎng)期以來，由于它的質(zhì)量小（9.1x10-31千克），速度快（繞原子核一周只需要1.8x10-16秒），雖然用處廣泛，卻難以觀測(cè)。2008年2月，來自瑞典的幾位科學(xué)家首次拍攝到了單個(gè)電子的錄像，實(shí)現(xiàn)了歷史性的突破。然而，想要拍攝固體內(nèi)部的電子，因?yàn)殡娮訑?shù)量眾多、環(huán)境復(fù)雜，更是難上加難。長(zhǎng)期以來，科學(xué)家們沒有找到任何直接觀測(cè)的方法。如今，來自沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University，OIST）的科學(xué)家們用他們的“飛秒照相機(jī)”成功地首次拍到了材料內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，再度實(shí)現(xiàn)了突破。
六、美國(guó)猶他大學(xué)工程師最新發(fā)現(xiàn)新型二維半導(dǎo)體材料一氧化錫（SnO）
一氧化錫這個(gè)“小鮮肉”由猶他大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)副教授艾舒托什·蒂瓦里領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，它由錫和氧元素組成。目前，電子設(shè)備內(nèi)的晶體管和其他元件由硅等三維材料制成，一個(gè)玻璃基層上包含有多層三維材料。但三維材料的缺陷在于，電子會(huì)在層內(nèi)的各個(gè)方向四處彈跳。蒂瓦里解釋道，而二維材料的優(yōu)勢(shì)在于，其由厚度僅為一兩個(gè)原子的一個(gè)夾層組成，電子只能在夾層中移動(dòng)，所以移動(dòng)速度更快。
七、德國(guó)開發(fā)出新型有機(jī)無機(jī)雜化“人工樹葉”
德國(guó)亥姆霍茲柏林材料與能源中心michaellublow教授課題組日前首次設(shè)計(jì)合成了一種新型有機(jī)無機(jī)雜化的硅基光陽(yáng)極（人工樹葉）用于光解水產(chǎn)氧。得益于該保護(hù)層高穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性，光催化解水效率大幅提高，該項(xiàng)研究創(chuàng)新性地引入有機(jī)保護(hù)層，首次構(gòu)造出了有機(jī)無機(jī)雜化的穩(wěn)定光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，克服傳統(tǒng)光陽(yáng)極光解水的不穩(wěn)定性問題，為光催化光陽(yáng)極設(shè)計(jì)提供了新思路；同時(shí)，該保護(hù)層的制備方法具備良好的可擴(kuò)展性，可沿用到其他半導(dǎo)體材料。
八、新型無機(jī)半導(dǎo)體材料SnIP具有DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)
德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technical University of Munich；TUM）的研究人員合成了一種高度彈性的無機(jī)半導(dǎo)體材料——SnIP，最特別的是它具有像DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
這種新型的半導(dǎo)體主要由錫（Sn）、碘（I）和（P）三種元素構(gòu)成，能夠展現(xiàn)出非凡的光學(xué)與電子特性，并具備極端的機(jī)械柔韌度，其纖維約有幾公分長(zhǎng)，但可任意彎曲而不至于斷裂。截至目前為止，最細(xì)的SnIP纖維僅包含5種雙螺旋鏈，而且厚度只有幾奈米。
九、首塊納米晶體“墨水”制成的晶體管問世
晶體管是電子設(shè)備的基本元件，但其構(gòu)造過程非常復(fù)雜，需要高溫且高度真空的條件。美韓科學(xué)家在《科學(xué)》雜志上報(bào)告了一種新型制造方法，將液體納米晶體“墨水”按順序放置。他們稱，這種效應(yīng)晶體管或可用3D打印技術(shù)制造出來，有望用于物聯(lián)網(wǎng)、柔性電子和可穿戴設(shè)備的研制。
十、美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)超材料以光子形式釋放能量傳遞信息
美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志撰文指出，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種擁有自然界中沒有的新奇屬性的“量子超材料”， 它由光組成的人造晶體及被捕獲的超冷原子構(gòu)成，在很多方面與晶體類似，但結(jié)構(gòu)更“完美”，沒有天然材料內(nèi)常見的瑕疵。