科技的發(fā)展已然超越我們的想象，技術的創(chuàng)新不斷令我們咋舌。回顧2017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3D NAND問世以及1nm工藝制造出現(xiàn)等一系列技術的不斷突破，為未來時代譜寫新的篇章。值此背景之下，電子發(fā)燒友小編為各位讀者總結(jié)了其中十項最新的技術突破，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2cm x1cm，它使用化學氣相沉積（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)生化學反應，并當甲烷溶解到銅中時，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，然后化學蝕刻掉銅以顯露純石墨烯的單原子層。

Fraunhofer有機電子學、電子束和等離子體技術FEP項目負責人Beatrice Beyer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，向全色屏幕和快速響應時間邁出一大步。”

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，北京大學信息科學技術學院彭練矛和張志勇課題組在碳納米管電子學領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—半導體)場效應晶體管，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場效應晶體管（對應于5nm技術節(jié)點），p型和n型器件的亞閾值擺幅（subthreshold swing，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)半導體器件的比較（A、基于碳管陣列的場效應晶體管結(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（Eindhoven University of Technology）的研究人員在《自然通訊》期刊中發(fā)表有關芯片上波導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

中國科學技術大學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。該成果已經(jīng)發(fā)表在國際權威學術期刊《自然·光子學》上。

所謂量子通信是指利用量子糾纏效應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，量子通信這門學科已逐步從理論走向?qū)嶒灒⑾驅(qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領域包括：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的研究熱點。

近年來，網(wǎng)絡安全問題一直頗受世界關注，各種網(wǎng)絡安全事件頻出。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)絡安全問題。而在量子保密通信應用領域，我國走在了世界前列。

2012年，中國科學家、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”奠定技術基礎。2016年8月16日，由我國科學家自主研制的世界首顆量子科學實驗衛(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鍵實驗技術，使得原子運動導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

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

功率半導體有利于家電、汽車、電車等的節(jié)能，產(chǎn)業(yè)需求很大。GaN功率半導體中，硅基板上形成橫型GaN系的高電子遷移率晶體管等設備已經(jīng)量產(chǎn)，但是，GaN基板上形成GaN的金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)高性能設備的研究剛剛起步。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。三菱化學面向功率半導體改良了GaN芯片量產(chǎn)技術“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256Gb 3D NAND閃存，基于TLC陣列。這也是在2016年11月首顆48層3D NAND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3D NAND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3D NAND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的印刷設備，使用還是電子束印刷工藝而非傳統(tǒng)的光刻印刷技術。

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)有設備,這簡直是不可能的。

八、科學家造出“全球最薄”納米線

5月下旬，劍橋和華威大學的研究人員通過碲(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)常演繹出與照科學家設想不一致的行為。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Paulo Medeiros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上相當惰性，不僅能夠固定住這種一維結(jié)構(gòu)，還不影響它的導電性。這只是我們開始系統(tǒng)理解一維材料物理和化學性質(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幫助實現(xiàn)汽車之間相互通信。這款傳感器的技術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，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將用于自動駕駛領域，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，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，它被設計用于汽車。隨著自動駕駛汽車承擔更多司機的傳統(tǒng)職責，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智能手機參考設計。

高通的此次測試在位于圣迭戈的 Qualcomm Technologies 實驗室測試進行，實驗表明，高通的驍龍X50 NR調(diào)制解調(diào)器芯片組已經(jīng)通過多個100 MHz 5G載波實現(xiàn)了每秒千兆的下載速度，這比現(xiàn)在使用4G LTE無線網(wǎng)絡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X50 5G基帶僅支持28GHz mmWave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計。據(jù)悉這款手機采用了全面屏設計，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)絡將會在2019年上半年實現(xiàn)商用，期間5G基帶、射頻、網(wǎng)絡等還需要1-2年的調(diào)試時間。

高通執(zhí)行副總裁Cristiano Amon 表示：“這項重要里程碑和我們的5G智能手機參考設計充分展現(xiàn)了Qualcomm Technologies 正在推動移動終端領域內(nèi)5G新空口的發(fā)展，以提升全球消費者的移動寬帶體驗。”

其實，在去年高通就發(fā)布了全球首個5G基帶方案 “Snapdragon X50 5G Modem”，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（New Radio），并預計 2018年會有相關設備面世。

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