#芯片# 【第三代半导体来了!芯片版图会改写吗?】作为当前芯片制造行业的主流技术,硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)技术已“接近物理极限”。这也意味着,“弯道超车”的机会越来越渺茫,“多道赛车”成为业内的选择。

最近,香港科技大学和南方科技大学研究人员分别在《自然—电子学》等期刊发表论文,报道了“氮化镓基互补逻辑集成电路”和“氮化镓高压多沟道器件技术”领域取得的突破,这或成为第三代半导体赛道上的一抹曙光。

适时的工作:氮化镓基互补逻辑集成电路

硅基互补金属氧化物半导体可以获得极高的能源效率,与此同时,硅材料较窄的带隙也限制了硅基集成电路的使用场景。

而宽禁带半导体,如氮化镓等在电力电子、射频电子、显示照明和严酷环境中的出色表现,让人们对其应用前景充满期待。由于缺乏在单个衬底上集成n沟道和p沟道场效应晶体管的合适策略,氮化镓基CMOS逻辑电路的开发进程缓慢。

“我们首次展示了一个完整的基本逻辑门集合,以及多级逻辑门集成更复杂逻辑电路的能力。”香港科技大学教授陈敬说,“这种氮化镓互补型逻辑电路拥有一系列‘类CMOS’的优点。这些电路可以工作在兆赫兹频率,并且拥有出色的热稳定性,一定程度上体现了宽禁带半导体的优势。”

在该研究中,陈敬团队制备了完备的基本逻辑门集合——包括非、与非、或非和传输门。其中,以反相器为代表的逻辑门展现出100%轨到轨输出能力、显著抑制的静态功耗、良好的热稳定性和充分的噪声容限,单项指标与综合性能均为已报道的同类反相器中之最佳。

“这是个很漂亮而且很适时的工作。”瑞士洛桑联邦理工学院微纳技术中心博士刘骏秋在接受《中国科学报》采访时表示。

除了完备的单级基本逻辑门,陈敬团队进一步展示了由多级互补型逻辑门组成的拥有较高复杂度的集成电路。多级集成能力的证明,对将氮化镓基CMOS技术推向实用具有重要意义。

南方科技大学电子与电气工程系助理教授马俊认为,该技术首先可用于开发高能效的新一代电能转换芯片——氮化镓电力电子集成电路,对降低电能损耗和减少碳排放具有非常重要的意义;其次能扩展氮化镓的应用方向,例如用于开发航空航天等需要耐受严酷环境(高温、辐射等条件下)的新型特种计算控制芯片。

“该论文是氮化镓集成电路方向的重要里程碑,对氮化镓基芯片的发展具有重要意义。”马俊告诉《中国科学报》。

基础器件突破:氮化镓高压多沟道电力电子器件

作为第一代半导体材料,锗和硅已在各类电子器件和集成电路上广泛应用。以砷化镓和磷化铟为代表的三五族化合物半导体材料被认为是第二代半导体,它的某些性能优点弥补了硅晶体的缺点,从而生产出符合更高要求的产品。第三代半导体是以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面,第三代半导体在照明、电力电子器件、激光器和探测器等领域的产业成熟度各不相同,在一些前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

“第三代半导体材料领域的发展日新月异。”刘骏秋说,“比如氮化镓、碳化硅、铝镓砷等,主要用来制备电芯片。而光芯片领域,目前最成熟的材料硅、磷化铟已经以商业化为主。碳化硅目前已经开始从实验室走向成熟产业和商业化,而铌酸锂材料目前中国的研究也很前沿,很多大学都有相关的研究。值得一提的是,国际与国内很多领先的研究组已经开始研究利用第三代半导体材料实现光电集成。”

在发表于国际电子器件大会(IEDM)和《自然—电子学》的文章中,马俊团队和瑞士洛桑联邦理工大学、苏州晶湛半导体有限公司合作,通过原创性的高压多沟道电力电子器件技术,开辟了氮化镓电力电子器件研究的新领域,“有可能改变第三代半导体电力电子器件技术发展的趋势”。

“现有氮化镓电力电子器件的主流方案是硅基氮化镓器件,其品质因子受击穿电压和导通电阻的基础性限制,远未达到氮化镓材料的理论极限,近10年来进步甚微。”马俊说。

为解决这一问题,马俊等人用高压多沟道器件技术,在获得1200V高击穿电压的同时将器件的导通电阻降低为原来的1/5,将硅上氮化镓电力电子器件品质因子的国际纪录提升了4倍。

此后,马俊又以共同第一作者,将该技术的后续工作——1300V的常关型多沟道硅基氮化镓高迁移率晶体管研究成果发表于《自然—电子学》。

“这项工作是氮化镓电力电子器件领域的重大进步。”氮化镓电子器件领域专家、英国布里斯托大学教授Martin Kuball在《自然—电子学》撰写专文评论说,“该技术使氮化镓器件的性能大幅接近其理论极限,且显著地超过了现有的碳化硅器件。”

《自然—电子学》在其编辑部报道中提到,“我们重点推荐的第三篇文章是学术界和工业界的合作成果,即马俊、Elison Matioli和他们同事汇报的多沟道器件技术”,展示了该技术巨大的价值和潜力。

基础+集成:改变行业版图

“氮化镓电子器件及集成电路家族因氮化镓基CMOS的加入而更加完整,实现氮化镓基计算控制芯片已经成为可能,氮化镓电子技术的应用领域会进一步扩展。”陈敬说,“以高电子迁移率晶体管(HEMT)为代表的n沟道氮化镓器件已历逾25年的研发,近年来已开启了快速商业化的进程。”

“氮化镓基芯片未来的发展将有很大可能呈现‘基础化+集成化’的趋势。”马俊说。

马俊解释说,基础化是因为现有氮化镓电子器件的性能远未达到氮化镓材料的理论极限。因此,氮化镓基芯片的未来发展将首先聚焦于新型基础性器件技术的开发,寻求基础元器件性能的突破性进展,达到全面利用氮化镓材料性能优势的目的。

例如,在氮化镓材料擅长的射频和电力电子领域,新型的多沟道结构和纳米结构等技术正在推动氮化镓射频电子器件和电力电子器件性能的成倍提高,远远超出传统的硅器件和现有的氮化镓器件。同时,高性能的p沟道晶体管对氮化镓互补性逻辑电路的进一步发展也至关重要。

“这些基础器件性能的突破,将为氮化镓芯片的未来发展提供更广阔的可能。”马俊说,“集成是半导体发展的重要目标,氮化镓基芯片的未来发展也将沿着集成化的方向发展。”

马俊认为,集成化主要体现在两个方面。一是氮化镓器件家族将不断扩大,包括氮化镓互补型逻辑门技术和肖特基二极管等关键基础单元,将向着实用化方向不断完善,最终形成完整的氮化镓射频电子和电力电子集成电路解决方案;二是氮化镓与传统硅基材料和芯片的集成技术也将不断发展。根据不同的应用,通过异质集成、片上集成、封装集成等多种方法,选择并集成最适配的硅基和氮化镓基芯片,形成最佳性能与最优成本的集成电路解决方案。

我们期待,芯片制造业的版图将因第三代半导体驶入赛道而改变。https://t.cn/A6M7chvO

#国货中有哪些倍感惊讶的冷知识#
从大热的国产科幻电影《流浪地球》到雄霸荧幕的国产动画电影《哪吒》,
国货,一直令人期待!
那你知道另一样“国货之光”吗?
——娃哈哈纯净水。
你可能不知道,娃哈哈纯净到可以做“实验室用水”。
前段时间网上冲浪,无意中刷到,国外知名应用生物系统公司Applied Biosystems,因娃哈哈纯净水的水质纯净度较高,推荐用水是娃哈哈。要知道,这家生物公司可是国际生物医学界的巨头。
同样的,有很多“科研狗”晒出在实验室使用娃哈哈纯净水的经历,我不禁也回想起了自己曾经的实验室生活。
我之前实验室用水都是用的mili-Q的超纯水,但是不巧,有天机子坏了,等配件要半个多月。这可怎么办,做实验怎么能离得开超纯水,这溶液那溶液的全部都得超纯水来配。而且不能用自来水,也不能用其他“来历不明”的水,不然细胞分分钟死给你看,实验做不出来你都不知道是谁的问题。
尤其当时实验室还需要自己配细胞培养基,最害怕的就是细胞污染。但造成细胞污染的因素不单单是微生物,培养环境中所掺杂的物质也可能会影响细胞的生长。水是细胞赖以生存的主要环境,营养物质和代谢产物都必须溶解在水中,才能为细胞吸收和排泄。对于体外培养的细胞来说,水是所有细胞培养液和试剂中虽简单、但也是重要的组分。所以,细胞培养对水的质量要求较高,培养用水中如果含有一些杂质,即使含量极微,有时也会影响细胞的存活和生长,甚至导致细胞死亡。
道理我都懂,可水从哪来?
这时候,师兄掏出了一瓶娃哈哈。我惊呼,这也行?
师兄毕竟也是严谨之人,为了打消我的疑虑,拉出了中国国家实验室分析用水标准(GB/T6682-2008)
对照娃哈哈的检测报告,相关指标竟然全部符合!而且结果显示娃哈哈跑出来的基线要多平就有多平。
原来,娃哈哈分析中心早在2005年就通过了中国合格评定国家认可委员会(CNAS)的认可,水质检测检测结果显示,包括蒸发残渣、ph值、可氧化物质、电导率等各项指标均满足实验室用水标准(水的导电率≤5),达到了实验室用水级别。
就这样,娃哈哈解救了我们整个实验室,那段时间实验室娃哈哈的瓶子随处可见,自己喝,做实验也用,场面真的有些一丝不苟中透着滑稽。
那么为什么纯净水可以如此高的使用级别呢?
娃哈哈纯净水之所以能达到如此高精度的标准,也多亏了背后的RO反渗透技术。
我们知道所谓纯净水,通常是已被机械地滤波或处理以除去杂质的水,因此找到一个处于国际最尖端水平的过滤技术很重要。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而取得净制的水,达到高精度过滤水平,根据过滤器类型的不同,反渗透膜通常能截留大于0.1纳米的物质[1],比如重金属离子、病毒细菌、农药残留有机物,甚至自来水的残留抗生素等等,对于RO膜的孔径来说,实在太大了,所以在加压过程中,通不过RO膜就过滤掉了。
由于出色的过滤水平,早在六十年代,美国科学家就把它作为宇航员的饮用水,所以纯净水在美国又叫太空水。1995年,娃哈哈董事长宗庆后先生在一次出国考察时,发现国外宇航员喝的是利用反渗透技术制作而成的“纯净水”,宗庆后从这种水质更好、价格更优的纯净水看到了国内纯净水市场的未来。后来,娃哈哈率先引进反渗透深度净化技术,生产出优质的纯净水,推动了娃哈哈纯净水的诞生。娃哈哈目前采用的是RO反渗透过滤技术,可以说是低价背后却有高技术水平的国货产品了。
过滤精度这么高,没有矿物质的水对身体不好?
首先,膳食才是人体摄入各大营养元素的主要途径,水在人体中的作用并不是供给矿物质及微量元素,那么,水中含不含矿物质又有什么关系呢。人体摄取的矿物质及微量元素主要是通过吃食物(如蔬菜、水果、米饭、肉类……)而来的[2]。

其次,营养流失和自然条件、年龄、运动量、体质等都有关系,并不是喝水就能起决定作用的。人又不是筛子,营养元素一冲没就没有了,根本没有这么简单。如果喝纯净水有害身体健康,那恐怖我们一群做科研的人早就深受其害了。
此外还有人猜想,“喝纯净水会致酸性体质。”——这明显也是错误的。
无论弱酸还是弱碱性水,其实喝到肚子里都变成酸性,因为我们胃里是pH值2.0左右的盐酸,即便是喝下所谓的弱碱性的水,到胃里也已经彻底酸化了,到了肠道,不管什么水又变成碱性了,因为我们消化道细菌喜欢这样的环境。

其它研究也表明,人体正常值pH值在7.35-7.45之间,尽管机体在不断摄取和产生酸碱类物质,但体液pH值并不会发生明显变化。一方面是因为人体体液是一个缓冲体系,pH值受外界影响较少;另一方面,肺和肾的调节作用或减轻pH值的显著变化。长期饮用纯净水并不会导致体液越来越酸[3]。

至于“喝纯净水会得软骨病”更是无稽之谈。
软骨病又称佝偻病,病理机制是维生素D缺乏,与日光照少有关联和钙含量或钙磷比例不当,与纯净水无直接的因果关系[4]。中东地区的老百姓基本都喝纯净水,也没有出现大面积缺钙问题,所以这明显是危言耸听。

因此,采用国际尖端RO反渗透过滤技术的娃哈哈纯净水其实是十分安全的,在净化水源的过程中,不仅可以深层去除自然水体中的有害物质,净化水质,让消费者喝上安全放心水,而且在环境恶劣的水污染大环境下,也不会导致任何的健康问题。
是不是没想到原来我们从小喝到大的国货纯净水中受了这么多误解,真替它叫苦。
纯净水既可用于科学和工程实验室和工业,并以各种纯度生产,还可作为安全无污染的饮用水满足人体需求。下次再看到瓶装纯净水的时候,可别再被那些谣言给骗到。

#住在简阳##简阳美好生活# 【已开工157个!幸福简阳可感可及】全面推行“四合一”改革,发展壮大集体经济,让农民腰包“鼓”起来生活富起来;

加快实施优质医疗资源扩容、医疗机构内涵提升、公共卫生体系提升、中医药服务体系提升、卫生健康改革创新五大行动,让群众享受更优更好更便捷的医疗卫生服务;

统筹推进供给侧结构性改革和需求侧管理,切实构建特色多元消费场景,不断提升市民的获得感、幸福感;

大力推进交通重点项目、基础设施规划建设,构建“对外大联通、对内大循环”立体综合交通运输体系;

深挖简阳状元文化内核、白塔历史文化和“公园城市”简阳模式(成渝线火车站遗址公园),以城市更新方式复活老空间,实现城市可持续发展……

城市的初心是“让生活更美好”,城市发展的核心是人,自今年3月启动实施幸福美好生活十大工程以来,我市始终坚持“人民城市人民建 人民城市为人民”理念,聚焦市民群众日常生产生活最关心的10个领域,高质高效抓好十大工程建设,聚智聚力引导市民共创幸福美好生活,让城市幸福场景多点开花,市民幸福成色越来越足。

构建常态化观察机制,纳谏收集群众需求

“村集体经济是如何运转的?”“企业入驻园区有哪些优惠政策?”“这里的菜贵不?”5月份,简阳市幸福美好生活十大工程各个督察观察组走进城市乡村,深入了解有关工程项目推进情况,实地感受我市实施十大工程后带来的发展之变和民生幸福。在参观过程中,观察组成员观经济社会发展成效,察民生幸福美好生活,并对各项工程下一步的工作提出了积极建议。
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切实满足市民、企业最迫切的需求和愿望,是推动十大工程取得实效的重要途径。

我市以问题为导向,扎实开展调查研究工作,广泛听取各方面各层次意见建议。构建常态化观察机制,将55名市民观察员和100名受邀群众组成10个观察组,常态化观察十大工程推进情况,多维度全方位收集群众诉求、发现市民需求,真正做到思路从群众中来、过程让群众参与、成果与群众共享。

截至目前,全市已通过座谈会、调查研究、现场考察等方式,共收集观察意见建议78条。下一步,我市还将积极搭建民意民情网络收集平台,畅通“线上+线下”民意表达渠道,全面拓宽市民群众诉求表达途径,确保各项工作更好体现民意、贴近民情、符合民愿。

有序推动重大项目建设,全面增进群众福祉

改造后的观音井路实现了人车分流,为行人与周边居民提供了舒适安全的休憩空间;

FH段湿地景观工程空中栈道两旁的树木绿廊已现雏形,功能配套设施已完成基础施工;

河东污水处理厂及配套管网项目厂区主体建设已完成95%,正在进行设备安装调试等收尾工作;

简阳市河东自来水厂建设工程已完工,并于7月1日开始试运行;

城区老旧供水管网改造工程现已完成管网建设5.6公里……

一个个项目进展、一组组亮眼数据,是我市以项目为抓手加快推动十大工程有序建设的生动实践。

十大工程不仅是民生工程、民心工程,更是推动高质量发展的牵引工程、增强城市发展战略优势的筑基工程。

我市策划实施十大工程项目229个,梳理并发布118条可操作性较强的幸福美好生活应用场景和投资机会清单,通过一批示范性、引领性、标杆性的重大项目为带动,在更高起点上推动高质量发展、创造高品质生活、实施高效能治理。

同时,成立工作推进领导小组,组建10个专项推进组,实行“一个项目、一名市级领导、一个责任单位”责任制,强力推动十大工程加快实施,确保项目早落地、早开工、早见效,以实实在在的项目建设成果回应社会关心、民生关注。

上半年,十大工程重点项目有序推进,已开工157个、完工32个,完成投资106.6亿元,群众获得感幸福感安全感有效提升——
■完成安置房建设20.8万平方米,分配住房2425套、14.63万平方米;

■建成公立学校(幼儿园)4所,新增学位1350个;

■城镇新增就业2487人,帮助辖内企业直接融资30.15亿元;

■启动5个示范性文化站和19个示范性村(社区)文化美场景(空间)塑造工程,举办各类文化活动4820场次,开展全民健身活动70场次;

■引进全国知名家政服务企业1家,新开设跨境电商O2O线下体验店2家,完成白塔路(红塔)社区美空间建设;

■简州大道主线通车,金简仁、成资、成龙简等快速路建成通车,东西城市轴线(东段)简阳段项目开工建设;

■新开调整K1、K2快速公交线接驳成都天府国际机场、新开机场大巴专线1条;

■启动实施“金角银边”场景营造并完成鳌山公园A区侧门出入口整治修复项目;

■稳步推进“综合一窗”改革、镇(街道)便民服务中心三化建设和“七大专项行动”等项目;

■实现地震监测预警信息覆盖率达65%以上;

■5个农村日间照料中心开工建设,完成4个省级城乡社区儿童之家示范点位建设并投入运营。

创新打造集成示范点位,让幸福简阳可感可及

平泉街道荷桥村充分利用“四合一”集体经济发展成果,发展农耕休闲旅游,拓展村民增收渠道;以建设“家风荷乡”林盘景区为抓手,持续构建文旅新场景,打造高品质农旅融合发展空间;加快建设通达便捷生产路、环境优美生态路,提升景区道路通行能力,带动沿线产业发展。

东来印象全面推进公共体育场馆信息化建设,实现管理智能化、服务智慧化;加快建成集行政审批、政务服务、公共服务于一体的市民中心,让企业和市民线下办事实现“进一扇门、办所有事”;完成东来印象消防站建设,成为城北片区应急救援“综合站”、全市消防救援工作“指挥中心”、全市应急队伍人才“孵化中心”、全市消防安全文化“体验中心”。

幸福不是局限于某个方面,而是与生活息息相关,如何让幸福简阳的图景得以集中展现?我市以创新打造集成点位的方式作答。

在十大工程实施过程中,各专项推进组聚焦简阳毗邻成都天府国际机场、成渝铁路、沱江等特有的区位优势和工作创新方式,在有机融合十大工程元素的基础上,先期梳理点位15个,打造集中呈现点位5个,其中平泉街道荷桥村涵盖7项工程,是集成工程数量最多的点位。

“集中点位的加快打造有助于展现简阳生态宜居新优势,满足人民群众对幸福美好生活的新期待新向往。”市幸福办有关负责人表示。

下一步,我市将认真贯彻落实市委十五届十五次全会要求,继续加大点位梳理提炼,力争有更多幸福美好生活特色点位,加快集成推动十大工程建设取得更多成果,让极具简阳特色的幸福美好生活图景更加清晰可见、可感可及。(简阳发布)


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