科技的發(fā)展已然超越我們的想象，技術(shù)的創(chuàng)新不斷令我們咋舌?；仡?017年，我們可以看到納米級LED突破芯片間傳輸速率限制、世界首款72層3DNAND問世以及1nm工藝制造出現(xiàn)等一系列技術(shù)的不斷突破，為未來時代譜寫新的篇章。值此背景之下，OFweek電子工程網(wǎng)小編為各位讀者總結(jié)了其中十項最新的技術(shù)突破，以供大家了解電子行業(yè)最前沿的發(fā)展趨勢。

一、石墨烯打造OLED電極獲重大突破

2017年1月初，研究人員通過石墨烯制造出OLED電極，這也為石墨烯在OLED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展拉開了序幕。據(jù)了解，石墨烯擁有高畫質(zhì)、柔性超薄、高對比、低能耗等特點，它能打造硬度優(yōu)良、導(dǎo)電優(yōu)秀、柔性觸控、超級透明的優(yōu)秀觸控面板材料。而這次研究人員用石墨烯打造OLED電極就是一項重大突破。

據(jù)專家介紹，附著到OLED的電極尺寸約為2cmx1cm，它使用化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝制造，其中甲烷和氫氣被泵入真空室中，銅板被加熱到800℃。這兩種氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并當(dāng)甲烷溶解到銅中時，其在表面上形成石墨烯原子。一旦該層充分形成，使整個裝置冷卻，施加保護性聚合物片，然后化學(xué)蝕刻掉銅以顯露純石墨烯的單原子層。

Fraunhofer有機電子學(xué)、電子束和等離子體技術(shù)FEP項目負責(zé)人BeatriceBeyer博士說，“這是極苛刻材料研究和集成的真正突破。雖然這不是第一個在其構(gòu)造中使用石墨烯的柔性顯示屏，但它首次引入OLED技術(shù)，向全色屏幕和快速響應(yīng)時間邁出一大步?！?/p>

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟表示，目前全球石墨烯年產(chǎn)能達到百噸級，未來5-10年將達到千噸級。到2020年，全球石墨烯市場規(guī)模將超1000億元。

二、我國5nm碳納米管CMOS器件究新實現(xiàn)新突破

1月20日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院彭練矛和張志勇課題組在碳納米管電子學(xué)領(lǐng)域取得的世界級突破：首次制備出5納米柵長的高性能碳納米晶體管，并證明其性能超越同等尺寸的硅基CMOS(互補金屬—氧化物—半導(dǎo)體)場效應(yīng)晶體管，將晶體管性能推至理論極限。

據(jù)了解，該課題組通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和制備工藝，首次實現(xiàn)了柵長為10nm的碳納米管頂柵CMOS場效應(yīng)晶體管（對應(yīng)于5nm技術(shù)節(jié)點），p型和n型器件的亞閾值擺幅（subthresholdswing，SS）均為70mV/DEC。

5nm柵長碳管晶體管（A、采用金屬接觸的碳管晶體管截面透射電鏡圖，以及采用石墨烯作為接觸的碳管晶體管掃描電鏡圖；B、石墨烯作為接觸的碳管晶體管示意圖；C、5nm柵長碳管晶體管的轉(zhuǎn)移曲線）

碳管CMOS器件與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的比較（A、基于碳管陣列的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖，B-D、碳管CMOS器件與傳統(tǒng)材料晶體管的比較）

器件性能不僅遠遠超過已發(fā)表的所有碳納米管器件，并且更低的工作電壓（0.4V）下，p型和n型晶體管性能均超過了目前最好的（Intel公司的14nm節(jié)點）硅基CMOS器件在0.7V電壓下工作的性能。特別碳管CMOS晶體管本征門延時達到了0.062ps，相當(dāng)于14納米硅基CMOS器件（0．22ps）的1/3。

與此同時，課題組也研究接觸尺寸縮減對器件性能的影響，探索器件整體尺寸的縮減，將碳管器件的接觸電極長度縮減至25nm，在保證器件性能的前提下，實現(xiàn)了整體尺寸為60nm的碳管晶體管，并且成功演示了整體長度為240nm的碳管CMOS反相器，這是目前所實現(xiàn)的最小的納米反相器電路。

三、納米級LED突破芯片間傳輸速率限制

2月中旬，荷蘭愛因霍芬科技大學(xué)（EindhovenUniversityofTechnology）的研究人員在《自然通訊》期刊中發(fā)表有關(guān)芯片上波導(dǎo)耦合納米柱金屬腔發(fā)光二極管的最新研究。研究人員展示一種接合至硅基板的納米級LED層堆棧，并可耦合至磷化銦（InP）薄膜波導(dǎo)形成光閘耦合器。

據(jù)了解，這種nano-LED采用次微米級的納米柱形狀，其效率較前一代組件更高1000倍，在室溫下的輸出功率僅幾奈瓦（nW），相形之下，先前的研究結(jié)果約為皮瓦（pW）級輸出功率。根據(jù)該研究論文顯示，這種組件能夠展現(xiàn)相當(dāng)高的外部量子效率。而在低溫時，研究人員發(fā)布的功率級為50nW，相當(dāng)于在1Gb/s速率下每位傳輸超過400個光子，這一數(shù)字遠遠高于理想接收器的散粒噪聲極限靈敏度。該組件作業(yè)于電信波長（1.55μm），能以頻率高達5GHz的脈沖波形產(chǎn)生器進行調(diào)變。

硅基板上的納米柱狀LED示意圖

研究人員表示，由于短距離互連的損耗低，以及整合接收器技術(shù)持續(xù)進展，這一功率級可望以超精巧的光源實現(xiàn)芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。

研究人員還開發(fā)了一種表面鈍化方法，能夠進一步為nano-LED提高100倍的效率，同時透過改善奧姆接觸進一步降低功耗。

四、助力量子通信發(fā)展我國研制出百毫秒級高效量子存儲器

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉和包小輝等采用冷原子系綜，在國際上首次研制出百毫秒級高效量子存儲器，為遠距離量子中繼系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)。該成果已經(jīng)發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。

所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，量子通信這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領(lǐng)域包括：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等。量子通信具有高效率和絕對安全等特點，是目前國際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點。

近年來，網(wǎng)絡(luò)安全問題一直頗受世界關(guān)注，各種網(wǎng)絡(luò)安全事件頻出。隨著“棱鏡門”等事件的發(fā)展和全球政治形勢的變化，信息安全引起世界各國重視。量子通信系統(tǒng)的問世，解決了未來量子計算時代的網(wǎng)絡(luò)安全問題。而在量子保密通信應(yīng)用領(lǐng)域，我國走在了世界前列。

2012年，中國科學(xué)家、中科大教授潘建偉等人在國際上首次成功實現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，研發(fā)出毫秒級的高效量子存儲器，為發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”奠定技術(shù)基礎(chǔ)。2016年8月16日，由我國科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。

然而，2012年研發(fā)的存儲器其存儲時間仍與遠距離量子中繼的實際需求相距較遠。近年來，潘建偉團隊發(fā)展了三維光晶格限制原子運動等多項關(guān)鍵實驗技術(shù)，使得原子運動導(dǎo)致的退相干得到大幅抑制，并最終成功實現(xiàn)了存儲壽命達到0.22秒、讀出效率達到76％的高性能量子存儲器。

五、日本研究團隊制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET

日本三菱化學(xué)及富士電機、豐田中央研究所、京都大學(xué)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的聯(lián)合團隊成功解決了在氮化鎵(GaN)芯片上形成GaN元件功率半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)。GaN功率半導(dǎo)體是碳化硅功率半導(dǎo)體的下一代技術(shù)。日本通過發(fā)光二極管的開發(fā)積累了GaN元件技術(shù)，GaN芯片生產(chǎn)量占據(jù)世界最高份額。若做到現(xiàn)有技術(shù)的實用化，將處于世界優(yōu)勢地位。

功率半導(dǎo)體有利于家電、汽車、電車等的節(jié)能，產(chǎn)業(yè)需求很大。GaN功率半導(dǎo)體中，硅基板上形成橫型GaN系的高電子遷移率晶體管等設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，但是，GaN基板上形成GaN的金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)高性能設(shè)備的研究剛剛起步。美國也在積極研究，世界開發(fā)競爭激烈。

日聯(lián)合團隊制作了高質(zhì)量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化學(xué)面向功率半導(dǎo)體改良了GaN芯片量產(chǎn)技術(shù)“氨熱熱法”。優(yōu)化晶體成長條件，將芯片平均缺陷密度，減少到以往的數(shù)百分之一、每1平方厘米數(shù)千個水平。他們2018年度目標(biāo)是使缺陷進一步降低1位數(shù)以上，實現(xiàn)4英寸大尺寸芯片。

六、SK海力士推出世界首款72層3DNAND

4月11日，SK海力士正式宣布推出世界首款72層256Gb3DNAND閃存，基于TLC陣列。這也是在2016年11月首顆48層3DNAND芯片宣布僅僅5個月之后，SK海力士再次取得的重大突破。

據(jù)介紹，相比于之前推出的48層3DNAND芯片，72層芯片將單元數(shù)量提升了1.5倍，生產(chǎn)效率增加了30%。同時，由于加入了高速電路設(shè)計，72層芯片的內(nèi)部運行速度達到了48芯片的2倍，讀寫性能大幅增加20%。

SK海力士表示，72層3DNAND芯片將于今年下半年大規(guī)模生產(chǎn)，滿足高性能固態(tài)硬盤和智能手機設(shè)備的需求。

七、美國科研人員宣布實現(xiàn)1nm工藝制造

5月初，美國能源部(DOE)下屬的布魯克海文國家實驗室的科研人員日前宣布創(chuàng)造了新的世界記錄，他們成功制造了尺寸只有1nm的印刷設(shè)備，使用還是電子束印刷工藝而非傳統(tǒng)的光刻印刷技術(shù)。

這個實驗室的科研人員創(chuàng)造性地使用了電子顯微鏡造出了比普通EBL(電子束印刷)工藝所能做出的更小的尺寸,電子敏感性材料在聚焦電子束的作用下尺寸大大縮小,達到了可以操縱單個原子的地步。他們造出的這個工具可以極大地改變材料的性能,從導(dǎo)電變成光傳輸以及在這兩種狀態(tài)下交互。

他們的這項成就是在能源部下屬的功能納米材料中心完成的,1nm印刷使用的是STEM(掃描投射電子顯微鏡),被隔開11nm,這樣一來每平方毫米就能實現(xiàn)1萬億個特征點的密度。通過偏差修正STEM在5nm半柵極在氫氧硅酸鹽類抗蝕劑下實現(xiàn)了2nm分辨率。

事實上這也不是科學(xué)家第一次實現(xiàn)1nm級別的工藝,去年美國能源部下屬的另一個國家實驗室——勞倫斯伯克利國家實驗室也宣布過1nm工藝,他們使用的是納米碳管和二硫化鉬等新材料。同樣地,這項技術(shù)也不會很快投入量產(chǎn),因為碳納米管晶體管跟這里的PMMA、電子束光刻一樣跟目前的半導(dǎo)體工藝有明顯區(qū)別,要讓廠商們一下子全部淘汰現(xiàn)有設(shè)備,這簡直是不可能的。

八、科學(xué)家造出“全球最薄”納米線

5月下旬，劍橋和華威大學(xué)的研究人員通過碲(tellurium)注入碳納米管，成功制造出了“全球最薄”的納米線（將電線縮小到單原子串的寬度）。

其實在三維(3D)世界中，是沒有純一維(1D)或二維(2D)材料的。即使是一張薄紙片，它也是有厚度的，但為了簡化思考，我們可以把石墨烯這種單原子層材料認為是只有長度和寬度。

這種“一維究極納米線”的理念，和二維的石墨烯材料有著共通之處。它由碲元素制成，僅單原子寬高。但出于穩(wěn)定性的考慮，研究人員們還是將它“禁錮”在了碳納米管中。

不過這種單原子微觀尺度也帶來了一些問題，比如原子經(jīng)常演繹出與照科學(xué)家設(shè)想不一致的行為。另外缺少結(jié)構(gòu)束縛的話，一維材料就很容易分解掉。

據(jù)論文作者PauloMedeiros表示，處理尺度如此微小的材料時，通常需要將它放在某個表面上。但問題是，這些表面通常具有電抗性。然而碳納米管在化學(xué)上相當(dāng)惰性，不僅能夠固定住這種一維結(jié)構(gòu)，還不影響它的導(dǎo)電性。這只是我們開始系統(tǒng)理解一維材料物理和化學(xué)性質(zhì)的開始，仍有許多基本的物理知識等待著我們?nèi)ソ议_。

此外團隊還發(fā)現(xiàn)，通過改變納米管的直徑，他們能夠控制碲的其它特性。通常情況下，該元素是一種半導(dǎo)體。但在嚴格限制的條件下，它的行為就更像是一種金屬了。

九、蘋果公布新專利藍牙傳感器汽車之間可互相通信

8月21日，蘋果公司公布最新的專利，此專利是利用傳感器技術(shù)幫助實現(xiàn)汽車之間相互通信。這款傳感器的技術(shù)類似于藍牙短程無線通信，可以掃描車輛周邊環(huán)境，并與其它車輛、傳感器和GPS進行數(shù)據(jù)傳輸。

據(jù)了解，蘋果公司此次開發(fā)的傳感器類似于藍牙短距離無線技術(shù)，可以掃描周圍環(huán)境，與其他汽車、傳感器和GPS系統(tǒng)進行通信，也可更新司機的儀表盤顯示，以提醒駕駛員路上有疾馳而過的車輛或救護車。蘋果并未表示此項技術(shù)將用于自動駕駛領(lǐng)域，而是將其描述為類似增強版的倒車雷達和盲區(qū)探測系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已在汽車中普遍應(yīng)用。

汽車之間相互通信已不是什么新鮮事了，早在2002年汽車通訊聯(lián)盟博通公司一直在研究這種技術(shù)，高通也有類似解決方案。

蘋果公司此時推出藍牙傳感器專利是意義的，蘋果首席執(zhí)行官庫克表示“正在大力投資建立自動系統(tǒng)，其中一個主要應(yīng)用就是汽車。”目前蘋果已有改良的移動操作系統(tǒng)CarPlay，它被設(shè)計用于汽車。隨著自動駕駛汽車承擔(dān)更多司機的傳統(tǒng)職責(zé)，像CarPlay這樣的系統(tǒng)可能會得到更廣泛的使用。

十、高通推出首款5G調(diào)制解調(diào)器芯片組

10月17日，高通在香港宣布正式推出首款面向移動終端的5G調(diào)制解調(diào)器芯片組，并成功演示了全球首個與移動設(shè)備的5G數(shù)據(jù)連接。同時高通還展示了首個面向新一代蜂窩連接的5G智能手機參考設(shè)計。

高通的此次測試在位于圣迭戈的QualcommTechnologies實驗室測試進行，實驗表明，高通的驍龍X50NR調(diào)制解調(diào)器芯片組已經(jīng)通過多個100MHz5G載波實現(xiàn)了每秒千兆的下載速度，這比現(xiàn)在使用4GLTE無線網(wǎng)絡(luò)的智能手機的下載速度要快好幾倍。同時高通也在28GHz毫米波頻段上完成了數(shù)據(jù)連接，目前高通X505G基帶僅支持28GHzmmWave毫米波規(guī)范，也只有韓國KT、美國Verizon兩家運營商支持。

為了演示移動設(shè)備的5G數(shù)據(jù)連接，高通還帶來了首款5G智能手機作為參考設(shè)計。據(jù)悉這款手機采用了全面屏設(shè)計，正面指紋，支持屏下指紋識別，后置雙攝，厚度為9mm。高通表示，5G智能手機和網(wǎng)絡(luò)將會在2019年上半年實現(xiàn)商用，期間5G基帶、射頻、網(wǎng)絡(luò)等還需要1-2年的調(diào)試時間。

高通執(zhí)行副總裁CristianoAmon表示：“這項重要里程碑和我們的5G智能手機參考設(shè)計充分展現(xiàn)了QualcommTechnologies正在推動移動終端領(lǐng)域內(nèi)5G新空口的發(fā)展，以提升全球消費者的移動寬帶體驗?！?/p>

其實，在去年高通就發(fā)布了全球首個5G基帶方案“SnapdragonX505GModem”，而在2月份的高通5G峰會上已經(jīng)宣布完成本次測試的5G新空口（NewRadio），并預(yù)計2018年會有相關(guān)設(shè)備面世。

除了高通，英特爾、蘋果、華為等廠商都在著力推動5G革命。5G技術(shù)將有可能成為未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及的基礎(chǔ)。據(jù)高通QCT技術(shù)副總裁李維興介紹，5G技術(shù)有望被用于能源管理、可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療、物體追蹤以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。