近日，我国中国科学技术大学、华中科技大学、上海交通大学、北京大学、西安电子科技大学科研团队在集成电路多领域研究取得重大进展，推动我国集成电路事业高速发展。

中国科大在无掩膜深紫外光刻技术研究中取得新进展

近日，中国科学技术大学微电子学院特任教授孙海定iGaNLab课题组开发了一种具有光能量自监测、自校准、自适应能力的三维垂直集成深紫外发光器件阵列，并将它们成功应用于新型无掩膜深紫外光刻技术中。

该研究首次提出将深紫外微型发光二极管（micro-LED）阵列作为光源应用于无掩膜深紫外光刻技术。在被广泛应用于集成电路芯片制造的步进式光刻机技术之外，本技术提出利用每颗micro-LED具有高能量密度、高分辨率、高集成度、低能耗等特点，为实现高精度深紫外光刻提供了一种新的路径和方法。这项研究成果以“Vertically Integrated Self‐Monitoring AlGaN‐Based Deep Ultraviolet Micro‐LED Array with Photodetector Via a Transparent Sapphire Substrate Toward Stable and Compact Maskless Photolithography Application”为题，发表于光学领域重要期刊《Laser & Photonics Reviews》。

20世纪90年代起，低成本、高分辨率无掩膜光刻技术便成为了光刻技术研究的前沿热点之一，但已开发的相关技术专利主要集中于欧美、日本和韩国等国家，技术壁垒较高。在此背景下，孙海定教授iGaN团队创新性地提出并实现了一种基于深紫外micro-LED阵列作为光源的无掩膜深紫外光刻系统。该团队通过多年在紫外micro-LED的研究和积累，针对深紫外micro-LED的外延结构器件尺寸、侧壁形貌以及几何形状进行了系统性设计和优化，大幅提升了每颗microLED的发光效率、发光功率、调制带宽以及它们在日盲紫外光探测、成像和传感等方面的多功能性及优越的芯片性能，并成功构建了基于深紫外micro-LED的阵列系统。更进一步，通过构建集发光与探测于一体的片上光电集成芯片，实现了片上和片间光通信系统应用。

在本次研究中，团队利用深紫外micro-LED具备的超小尺寸、超高亮度、长寿命及低功耗等优势，进一步开发了集自监测、自校准、自适应功能于一体的深紫外显示光电集成芯片，并应用于无掩膜深紫外光刻系统，实现了国际上利用该新型紫外光源进行无掩膜光刻技术的探索。在追求高效率、小尺寸深紫外micro-LED及其阵列的研究基础上，团队提出了一种集深紫外micro-LED阵列发光与光电探测器于一体的三维垂直集成芯片架构。

在该三维垂直集成架构中，深紫外micro-LED阵列向下发射的紫外光子可以穿透过透明的蓝宝石衬底并被衬底背面的紫外探测器捕获，以实现LED和探测器之间的“光子互连与集成”，从而进行高效的光信号传输。此外，通过搭建外部电路反馈系统，团队展示了深紫外micro-LED阵列光输出能量密度的自发稳定和自动校准。最终，该系统不仅可以监测阵列器件光输出能量密度随时间的波动变化，还可以不断提供反馈信号以确保恒定的光输出功率和光功率密度。这种高功率密度、高稳定性、高集成度和低功耗微型紫外光源的提出，为最终实现紧凑、便携式和低成本无掩膜深紫外光刻技术打下扎实的光源基础。

华中科技大学科研团队存算一体计算芯片研究成果获殊荣

近日，华中科技大学王超教授团队在存算一体计算芯片领域的最新研究成果“An Energy-Efficient Low-Voltage SRAM-based Charge Recovery Logic Near-Memory-Computing Macro for Edge Computing (一种用于边缘计算的高能效、低电压基于SRAM的电荷恢复逻辑近存计算宏单元)”获得2024年第21届IEEE集成电路设计与技术国际会议获得最佳会议论文
在能量受限的边缘计算应用中，主要有存内计算和近存计算等两类存算一体新型AI计算芯片主流方案。近年来，相比于存内计算，近存计算由于其能够更有效地实现更灵活、更复杂的计算功能同时提高集成度而备受关注；相比基于电流域、电荷域和电压域的模拟计算，基于逻辑的数字计算由于其高集成度、高精度、高鲁棒和高可靠性，逐步成为存算一体的主流技术。

但是，如何在降低工作电压、存储器访问频率和简化数字逻辑的同时，保持高处理吞吐量和计算精度，是当前高能效、低功耗存算一体计算领域的重要研究课题。因此，该论文提出了一种用于深度神经网络（DNN）卷积计算的基于低电压静态存储器（SRAM）的电荷恢复逻辑近存计算设计方案。

该设计采用了双时钟域架构，通过权重静态数据流减少SRAM的访问频率，降低了SRAM的供电电压和存储器访问频率，从而显著节省存储能耗；同时，提出双时钟域架构使得在慢时钟域运行的近阈值（Near-Vth）SRAM与快时钟域的计算逻辑电路能够实现速度匹配；此外，该设计通过电荷恢复逻辑在亚阈值（Sub-Vth）电压下运行组合逻辑电路，大幅降低了计算功耗，并通过锁存器设计和升压电路保证了计算速度不受影响。

该项工作在40 nmCMOS工艺下实现近存计算宏单元设计，Sub-VthSRAM工作电压为0.6 V，读写频率为10 MHz，Near-Vth电荷恢复逻辑电路工作在0.4 V和1.1V，时钟频率为100 MHz，可实现3.71 TOPS/W的计算能效，设计指标达到国际学术界领先水平。该工作与新加坡南洋理工大学郑元谨教授团队合作，受到了国家自然科学基金项目和华中科技大学创新研究院技术创新基金项目的资助。

据悉，该论文光电学院微波与光电集成系王超教授为论文通讯作者，博士生沈梓煊和硕士生黄磊为论文共同第一作者，华中科技大学光电学院为论文第一完成单位。

上海交大研究团队在半导体材料中有最新突破

近日，上海交通大学物理与天文学院郑远林、陈险峰教授研究组研究了非线性晶体纳米腔中增强的光参量过程，在薄膜铌酸锂中通过Anapole共振机制克服了材料的折射率限制并将光强局域在纳米腔内，实现了四个数量级的二次谐波增强。

该成果以“Enhanced second-harmonic generation in thin-film lithium niobate circular Bragg nanocavity”为题发表在Nano Letters上。
二阶非线性效应可引发许多独特的物理现象，例如二次谐波产生，这在基础科学和各种应用中起着重要作用。微纳尺度下光与物质相互作用过程，特别是非线性参量过程，有赖于材料本身强非线性还需将光局域在小模式体积内以增强作用强度。

在各种材料中，铌酸锂是目前最广泛使用的非线性晶体之一，它具有强烈的二阶非线性效应。而铌酸锂折射率并不太高，对铌酸锂的加工也十分困难且蚀刻侧壁也不够陡直，这限制了其将光束限制在纳米尺度的能力，从而限制了其在纳米光子学中的应用。

该团队在纳米薄膜铌酸锂（TFLN）平台上利用圆形布拉格环栅腔（CBG）并在腔中心盘内设计Anapole共振条件将光限制在1.5个波长直径内，最终实现了非线性效应的显著增强。CBG结构以其高光收集效率和垂直表面发射而广泛应用于激光器、量子发射器和非线性器件中。Anapole共振由于振荡电偶极矩和环形偶极矩远场辐射模式相消干涉而没有远场辐射，是在亚波长尺度上增强光与物质相互作用的理想选择。在此研究中，团队在x切薄膜铌酸锂上的CBG中实验实现了Anapole共振增强的二次谐波产生。在泵浦强度为1.9 MW/cm^2下的归一化转换效率达1.21×10^-2 cm^2/GW；相比于薄膜铌酸锂，增强因子达到了42000倍。

此外，团队还研究了椭圆形布拉格环栅腔（EBG）中二次谐波产生的特性，并在不降低非线性转换效率（约10^-2 cm^2/GW）的情况下实现了s/p入射光偏振无关二次谐波的产生。

北京大学深圳研究生院在高性能低维柔性电子集成方向取得重要进展

近日，深圳研究生院信息工程学院张盛东教授课题组在国际著名期刊Advanced Materials以Frontispiece高亮推荐的形式发表了题目为“Hydrogen-bonding integrated low-dimensional flexible electronics beyond the limitations of van der Waals contacts”的研究论文。该工作创新性地引入非共价氢键相互作用来克服固有范德华间隙导致的高接触电阻，为实现超越范德华接触限制的高性能、低功耗柔性电子器件提供了一种可扩展的解决方案。

实现低接触电阻是开发高性能电子器件的基本前提，但在低维半导体领域，这仍然是一项艰巨的挑战。实现低接触电阻的挑战之一是要求金属和半导体的能带对齐以及具有无费米能级钉扎的接触界面，从而最大限度地减少肖特基势垒。通过非共价范德华力而不是共价键将金属与低维半导体键合，可形成清洁无损的原子界面，从而实现肖特基势垒的定制以逼近肖特基-莫特极限。

然而，由于受到额外的隧道势垒和固有范德华间隙导致的电子态弱耦合的限制，实验上实现具有超低接触电阻的范德华接触仍然罕见。这一限制引发了接触技术的革命，半金属（例如铋Bi和锑Sb）接触就是代表。

然而，半金属接触受到沉积温度高和功函数范围窄的限制。对于柔性电子学领域来说，情况变得更加糟糕，因为该领域需要全面考虑柔性制造工艺和材料的兼容性，以及机械性能和电气性能之间的权衡。无论是柔性电子器件还是刚性电子器件，都亟需开发一种更通用的方法来从根本上克服范德华集成的局限性。

着手调节金属与半导体接触间的基本相互作用是克服高接触电阻的本质途径。这项研究通过第一性原理计算揭示了相比范德华力，氢键可显著增强电子的隧道效应且未引入金属诱导的间隙态，有望实现逼近量子极限的接触电阻，从而为保持清洁接触界面的同时克服范德华集成的限制提供了一个通用途径。通过利用低温全溶液方法，作者在表面工程化的MXene/碳纳米管金半异质结中首次实现了π-氢键接触，并在此基础上实现了高性能柔性薄膜晶体管。

该工作通过变温FTIR及电学测量等联合表征了金半接触中氢键存在的证据，并阐明了温度负依赖的隧穿电阻这一反常现象的基本物理机制，最终实现氢键接触电阻值比对应范德华接触低一个数量级。氢键集成的晶体管不仅具有超高的柔韧性，在弯曲半径低至1.5mm的情况下可承受十万次以上的弯曲，而且载流子迁移率也比对应的范德华晶体管高一个数量级，为实现超越范德华接触限制的高性能、低功耗柔性电子器件提供了一种可扩展的解决方案。

该工作由信息工程学院师生独立完成，博士生刘德行为论文的第一作者，硕士生刘子一为论文共同第一作者，张敏为论文通讯作者。张盛东以及硕士生高新宇、朱家豪、王子凡、邱睿、任沁琦和张艺明等为共同作者。上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、深圳市科技创新委员会基础研究项目以及深圳超算中心的支持。

西电大郝跃院士团队常晶晶教授等在国际顶级期刊上发表重要科研成果

近日，西安电子科技大学常晶晶教授团队提出了一种在卤化物钙钛矿晶格中直接引入具有强电负性的氟离子，以抑制钙钛矿离子迁移，并稳定晶相的策略。该方法显著提升了钙钛矿光伏器件性能及稳定性。这一成果发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，题为Inhibiting Ion Migration and Stabilizing Crystal‐Phase in Halide Perovskite via Directly Incorporated Fluoride Anion，文章的唯一通讯单位为西安电子科技大学，通讯作者是团队中的常晶晶教授及胡赵胜博士。

离子迁移以及较差的稳定性是导致常用钙钛矿器件性能退变，限制其实际应用的一大关键因素。当前，具有强电负性F-在钙钛矿薄膜表面、晶界或界面处修饰，以提升材料稳定性及器件性能成为研究热点。尽管此类修饰策略在提升钙钛矿材料性能方面展现出显著潜力，但在直接掺杂进入钙钛矿薄膜晶格中的研究方面，目前尚未有报道。为了通过掺杂调控钙钛矿半导体特性，探索其直接引入钙钛矿晶格具有重要意义。然而，氟化物相比其它卤化物具有更低溶解度，使其通过溶液法在晶格中引入F-非常具有挑战性。

作者在这研究中，发展了一类新型的可挥发增溶性配体-吡啶卤化物，用来辅助溶解PbF2，这一创新技术使得氟离子（F-）能够直接融入钙钛矿晶格中。研究结果发现由于F-与钙钛矿中常用的卤素离子（如I-和Br-）之间的离子半径差异较大，F-趋向于占据钙钛矿CsPbI2Br的间隙位置，而非形成八面体骨架结构，这一发现为F-的引入提供了新的途径。此外，该方法具有一定的普适性，不仅适用于全无机钙钛矿材料，还能应用于有机-无机杂化钙钛矿体系。这一成果不仅为钙钛矿材料的性能优化提供了新的策略，也为推动钙钛矿光电器件等应用领域的发展提供了可能，具有重要的科学与应用价值。

封面图片来源：拍信网