第90次-- 科学与技术前沿论坛

二维电子器件与集成技术
演讲人：王欣然

随着硅基晶体管的尺寸逐渐接近物理极限，集成电路面临着基本物理原理和高功耗等挑战。二维半导体材料具有超薄极限沟道厚度、高迁移率、能带可调控等特点，可以在5nm工艺节点以下有效抑制短沟道效应，有望给“后摩尔时代”微电子器件带来新的技术变革。本报告将围绕高性能、低功耗逻辑器件与集成这个目标，探讨二维材料选择、迁移率、接触电阻、介电层、负电容效应、材料合成、器件工艺等关键科学问题，梳理该领域的国内优势力量与发展方向。
负电容晶体管器件和相关材料研究的进展
演讲人：韩根全

以硅（Si）CMOS 器件为基础的集成电路行业遵循摩尔定律快速发展 50多年，取得了巨大成就，也带动了整个信息技术产业的迅猛发展。到2017 年，工业界已经量产 14~16 纳米工艺器件，在 7~10 纳米节点的研发竞争也进入了白热化。然而高集成度带来的高能耗问题已成为制约 CMOS 产业发展的主要瓶颈。要降低芯片功耗，就要降低器件的驱动电（VDD）和漏电流。对于传统金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），在室温下，其亚阈值摆幅有 60 mV/decade 的理论极限，当 VDD 小于 0.5 V 时，器件的工作电流受制于亚阈值摆幅，将大幅降低。因此，研发陡峭亚阈值摆幅（<60 mV/decade）器件，如负电容晶体管（Negative Capacitance FET, NCFET），是实现超低VDD逻辑器件的有效途径。实验和理论研究显示 NCFET 不仅可以实现小于 60 的亚阈值摆幅，还可以有效提升器件的跨导和工作电流，目前 NCFET 已成为“后摩尔时代”器件研究的热点前沿课题。
Development History and Technology Future of Emerging STT-MRAM Technology
演讲人：闵泰

Spin-transfer-torque (STT) MRAM has emerged as one of the most promising new memory technologies for future SRAM and embedded Flash replacement due to its non-volatility,fast read and write time,smallsize, intrinsic-infinite endurance and compatibility with CMOS technology. There are still many remaining challenges to overcome for STT-MRAM to be commercialized as disruptive memory technology, especially at sub-10nm dimension:lowering the critical switching current while maintaining adequate thermal energy barrier, increasing tunneling magneto-resistance(TMR) and controlling the resistance distribution, developing re-disposition-free and edge-damage-free patterning process and robust MgO barrier for enough separation between switching and the breakdown voltage.
宽禁带半导体紫外光电探测器
演讲人：陆海

宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料，用于工作在紫外波段的光探测器件，具有显著的材料性能优势。由于紫外辐射对有机体与无机体都有强烈的影响，因而紫外探测器在工业、农业、医药卫生、以及环境方面有着广泛的应用，典型的民用领域包括：环境监测、食品消毒、引用水净化、火焰探测、电力工业、紫外固化等；此外，超高灵敏度紫外探测器在关乎国家安全的国防预警和量子信息领域也有着重要的应用前景。南京大学团队在传统 GaN 紫外探测器的研制基础上，围绕着高 Al 组分氮化物半导体材料和日盲深紫外探测器件的相关基础科学技术问题，对高 Al 组分氮化物半导体的外延生长、极化能带工程设计、载流子的分布和运动机制等物理问题进行了较深入的研究，有效提高了材料的晶体质量、电学和光学性能；针对探测器应用，实现了迄今为止暗电流最低的 AlGaN 基日盲深紫外探测器和雪崩增益最高的日盲紫外 APD；相关技术成果已经得到产业化推广应用。
具有变革性特征的红外光电探测器
演讲人：胡伟达

高性能红外探测器是气象遥感、深空探测和夜视侦察的眼睛，是其远距离探测本领的核心元部件。以传统碲镉汞、锑化铟、铟镓砷、量子阱为代表的高性能红外探测器已经广泛应用于航天航空、气象遥感、对地观测、天文、医学成像等领域。随着人类对红外探测不断增长的需求，尤其近几年来在人工智能、大数据、智慧城市、精细气象观测等方面对红外信息的探测和智能感知有着强烈的需求，大幅降低红外探测器的尺寸 Size、重量 Weight、功耗Power 和价格Price，以及提高探测器的性能 Performance（简称 SWaP3）迫在眉睫。但是，在当前被美国战略遏制的情况下，红外光电探测器相关的技术交流、输入和引进都被全面阻断。我国迫切需要走美国没有走的技术路线，同时，这样的技术路线应该尽可能适应中国的工业与工艺基础。因此，在这种战略遏制条件下，如何在红外探测颠覆性技术角度，从基础研究方面实现突破，特别重要的是这些实现的变革性技术都是在工艺的高端要求不是特别苛刻条件下就有望实现的。最终形成与美国不对称的红外光电探测器变革性技术

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第90次：新时期半导体科学技术发展战略