自2004年英国曼彻斯特大学的两位物理学家首次从石墨中机械分离出石墨烯以来，石墨烯优异的光学、电学、力学特性在诸多领域展示出诱人的应用前景。在微电子学领域，石墨烯更被视为人类从“硅时代”转变为“碳时代”的关键。然而，要实现这一跨越还有许多需要攻克的关键技术难点，石墨烯的“零带隙”问题为其中一个至关重要的技术难点。在过去二十年里，通过量子限域或化学功能化改变带隙的研究探索，尚未能成功制备出半导体石墨烯。 天津大学和美国佐治亚理工学院的研究团队合作研制出世界上第一个功能性石墨烯半导体，成功突破了石墨烯“零带隙”特性，攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题。研究团队创新性地采用准平衡退火方法，通过严格控制生长环境的温度、时间及气体流量，在碳化硅衬底上实现对外延石墨烯生长过程的精确调控从而形成特定的高度有序结构，从而制备出一种带隙约0.6 eV的新型稳定的半导体石墨烯，室温迁移率为5500 cm2V-1s-1，其高达硅半导体的10倍、其他二维半导体的20倍。以该半导体外延石墨烯制备的场效应晶体管开关比高达104，基本满足了现在的工业化应用需求。相关研究成果以题名“Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”发表于Nature期刊。 该研究成果的通讯作者之一、天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心马雷教授认为，如果能够实现半导体石墨烯单晶的大规模生产，将为人类从“硅时代”进入“碳时代”奠定重要基础。目前半导体石墨烯距离实际应用还比较遥远，要完全实现半导体石墨烯的工业应用，取决于其从毫米级单晶生长到英寸级单晶的进程，可能至少还需要持续研究10-15年。 论文信息：Jian Zhao, Peixuan Ji, Yaqi Li, et al. Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide [J]. Nature, 2024, 625:60–65. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06811-0 信息参考链接： http://ticnn.tju.edu.cn/info/1052/1516.htm https://mp.weixin.qq.com/s/w3d8lFpJ0AlDkx-eudXszw http://news.tju.edu.cn/info/1005/69221.htm http://www.tju.edu.cn/info/1182/8852.htm

在全球范围内科研人员正在努力开发量子计算机，以利用量子相干叠加原理，实现超快的并行计算和模拟能力。目前，虽然中等规模的量子计算机已经问世并在特定任务中展示了超越经典系统的优势，但要真正发挥量子计算机的潜力，仍需克服一系列挑战。其中，如何将量子信息编码成适合量子纠错的逻辑状态，成为关键问题之一。研究界正在探索各种玻色子编码的使用，如二项式编码（binomial codes）、猫编码（cat codes）和Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码。其中，GKP量子比特是一个很有前途的候选者，因为所需的多量子比特操作在光学频率上很容易获得。然而，到目前为止，GKP量子比特只在机械和微波频率下得到了证明。 日本东京大学和日本理化所研究团队基于猫态干涉，通过同相干测量成功在通信波长实现了GKP态，并通过无损耗校正的零差测量进行了验证，最终实现了基于光传播的量子计算容错逻辑状态。相关研究成果已于2024年1月18日在国际期刊《科学》上发表。 该研究的创新点包括：（1）GKP量子比特的创新实现：首次在通信波段光中实现了GKP量子比特。这一突破意味着在光学系统中利用GKP量子比特进行量子计算成为可能。（2）通信波段光中的量子状态操控：基于1545.32 nm的连续波激光器，通过精细控制和光学参数振荡器的应用实现了量子态操控。这一进展为量子信息的精确处理和量子计算提供了新的途径。（3）高保真度的量子态生成：实验生成了具有非经典性和非高斯性质的“猫态”。这些状态展示了GKP量子比特的典型特征，如三叉形的GKP态，为量子计算提供了高保真度的基础。（4）实用量子计算的潜力：展示了在光学系统中利用GKP量子比特进行容错量子计算的可行性。这不仅是理论上的突破，还为实用量子计算机的开发提供了关键技术。 研究人员还提出了进一步改进的方向以实现更亮、多峰的GKP量子比特，为光学量子计算奠定基础。 论文信息： Shunya Konno, Warit Asavanant, Fumiya Hanamura, et al. Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating light [J]. Science, 2024, 383(6680):289-293. https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adk7560

据官网2024年1月17日报道，荷兰知名设备制造商Neways宣布已成功收购Sencio公司。Sencio公司专注于智能传感和驱动应用的先进封装技术，此次战略性收购将进一步强化Neways在微电子领域的市场地位，为其客户提供更全面的集成服务。 随着电子系统不断实现更高程度的微型化和集成化，传感器系统的测试变得越来越复杂。不同于标准集成电路，传感器系统需要定制的封装和测试工艺，而且只能在生产线末端进行整个传感器系统的测试和校准。Sencio公司开发的先进封装工艺可以满足传感器的精确要求。Sencio公司将以Neways Advanced Microsystems品牌继续运营，并在荷兰现有设施内进行技术生产。 Neways在光电子领域拥有超过30年的经验，专注于光子元件和模块的集成，为自动驾驶、高速数据通信和医疗成像等领域提供光学传感和检测解决方案。通过整合Sencio公司的专业技术和经验，Neways将进一步优化光学传感和检测解决方案，以满足不断发展的市场需求。

据新华社1月20日报道，我国由广州生物岛实验室领衔研制，拥有自主知识产权的首台国产场发射透射电子显微镜于20日在广州发布。这标志着我国打破了透射电镜长期全部依赖进口的局面，将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。 我和我爸的十七岁院士、生物岛实验室主任徐涛联合我和我爸的十七岁生物物理研究所研究员孙飞在2016年启动透射电镜有关研究，并于2020年在生物岛实验室组建起一支体系完整的透射电镜研制工程技术团队。团队成立三年多以来，相关研发工作接连取得重大突破，目前拥有透射电镜所用的场发射电子枪、高压电源、电子探测相机等核心技术，并具备量产透射电镜整机产品的能力。研发团队表示，该电镜拥有自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化电子光学设计，可带来更佳的图像衬度和分辨率。 研发团队介绍，此次推出的首款场发射透射电镜新品TH-F120，取名源自中华名山“太行”，寓意它将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。该场发射透射电镜利用被加速到120千电子伏特的高能电子与被观测样品中的原子发生相互作用，检测透射电子携带的样品信号转化为显微放大的图像，可以用来观察材料样品中的原子排列结构、细胞组织样品的精细超微结构、病毒和生物大分子复合体的精细结构，其分辨能力可达原子级别，是科研人员研究微观世界的重要仪器。 透射电镜具有极高的行业垄断性与技术门槛，目前全球透射电镜市场份额主要由美国和日本的企业占据。此前，我国透射电镜全部依赖进口，国产化尚属空白。 信息参考链接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1788612230290671240&wfr=spider&for=pc

2024年1月10日，美国宾夕法尼亚州立大学帕克分校研究团队在《自然》上发表了一项研究成果，首次演示了基于大面积生长的二维（2D）材料的晶圆级三维（3D）集成以及三层堆叠三维芯片，为大规模二维器件走向更复杂、高密集和多功能的三维集成电路奠定了基础。 在半导体领域，3D集成不仅能够在单位面积内封装更多器件，实现“扩展摩尔定律”，还能为“超越摩尔定律”引入更多潜在技术。尽管硅基3D集成电路已实现商用，最新的鳍式场效应晶体管（FinFET）技术和全环绕栅极场效应晶体管（Gate-All-Around FET）技术预计将延续“摩尔定律”至2030年，但针对2D材料等新兴纳米材料的3D集成研究仍在初步阶段。3D集成可以提供一个混合异质平台，用于在3D堆栈的不同层上集成基于新兴材料的非计算器件，从而“超越摩尔定律”。 全球知名芯片制造公司，如英特尔（Intel）、台积电公司（TSMC）和超威半导体公司（AMD），都认为3D集成提供了广泛可能性，并已经展示了在封装解决方案方面的进展，如Intel的Foveros、TSMC的3D Fabric和AMD的3D V-Cache等3D封装工艺。与3D封装相比，单片式3D集成可以提高互连密度并降低静电耦合。然而，对于硅基逻辑器件，约450℃的工艺加工温度限制了单片式集成的发展。虽然引入如锗（Ge）和铟镓砷（InGaAs）等高迁移率沟道材料可以补偿性能，但会增加制造复杂性。此外，块材半导体（如体硅）在低于3纳米的沟道厚度下，由于沟道与介电层界面上的电荷载流子散射加剧，不适用于进一步缩放。 为了克服这些挑战，2D半导体、碳纳米管和纳米线等纳米材料被视为有前景的候选材料。其中，2D材料是一类具有独特的物理和化学性质的新兴材料，在许多领域展示出应用前景，不仅被广泛应用于高速、低功耗的晶体管制造，还可用作芯片中的存储介质，并用于制造光电器件和传感器。最近，2D半导体还在晶圆级制备、器件性能和集成策略方面取得了显著进展，并被列入各个行业技术路线图。此外，2D材料与硅基微芯片在3D异质集成方面的最新进展也展示了其在开发多功能处理器方面的潜力。 基于以上研究进展和发展挑战，美国宾夕法尼亚州立大学帕克分校研究人员展示了基于大面积生长的二硫化钼（MoS2）和二硒化钨（WSe2）的多功能2D场效应晶体（FETs）的晶圆级单片式3D集成。该研究主要取得了4方面突破性进展：（1）实现了MoS2 FETs的晶圆级单片式双层3D集成，每层包含超过10，000个场效应晶体管；（2）实现了MoS2 FETs和WSe2 FETs的三层3D集成，第一、二、三层分别包含约800个、800个和450个场效应晶体管；（3）实现了按比例缩放的MoS2 FETs的双层3D集成，每层有200多个场效应晶体管、沟道长度（LCH）?为45?nm；（4）基于MoS2的3D电路功能演示，实现传感和存储等功能。 随着人工智能、物联网等新兴技术的快速发展，对高性能、低功耗芯片的需求日益增加。此外，未来的芯片制造还需要更加注重集成度和功能性的提升，以满足新兴领域的发展需求。2D场效应晶体管的3D集成方法有望促进未来芯片进一步实现小型化和集成化，为后摩尔时代的芯片发展开辟了新思路、提供了新机遇。 论文信息： Darsith Jayachandran, Rahul Pendurthi, Muhtasim Ul Karim Sadaf, et al. Three-dimensional integration of two-dimensional field-effect transistors[J]. Nature,2024, 625:276–281. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06860-5