最權威公布！2022年中國半導體十大革命性進展！3項傳感器基礎技術入榜！

昨日（1月12日），由《半導體學報》評選的2022年度“中國半導體十大研究進展”評選結果揭曉，記錄了我國在半導體基礎研究領域的年度標志性成果，是中國半導體學術領域最權威的評選活動之一。

2022年，第三屆“中國半導體十大研究進展”評選活動共有55項成果獲得候選推薦資格。2023年1月，由248位半導體領域專家組成的評選委員會經(jīng)過嚴格評審，評選出10項優(yōu)秀成果榮膺2022年度“中國半導體十大研究進展”；10項成果榮獲2022年度“中國半導體十大研究進展”提名獎。 其中，有拓撲腔面發(fā)射激光器、高線性度超寬帶5G毫米波相控陣收發(fā)前端芯片等多項傳感器基礎技術進入榜單！將對未來中國三維感知、激光雷達、毫米波雷達等多項傳感器技術有革命性作用。此外，多項半導體技術對我國***、半導體器件制造等有重大影響?！栋雽w學報》是中國科學院主管、中國電子學會和中國科學院半導體研究所主辦的學術刊物，1980年創(chuàng)刊，首任主編是王守武院士，黃昆先生撰寫了創(chuàng)刊號首篇論文，2009年改為全英文刊Journal of Semiconductors（簡稱JOS），同年開始與IOPP英國物理學會出版社合作向全球發(fā)行。現(xiàn)任主編是中科院副院長、國科大校長李樹深院士。2019年，JOS入選“中國科技期刊卓越行動計劃”。2020年，JOS被EI收錄。

獲獎名單

（排名不分先后）

01

拓撲腔面發(fā)射激光器

中科院物理研究所陸凌團隊將原創(chuàng)的拓撲光腔應用于半導體激光芯片，研制出拓撲腔面發(fā)射激光器[topological-cavity surface-emitting laser (TCSEL)]，得到了遠超主流商用產(chǎn)品的單模功率和光束質(zhì)量。TCSEL的發(fā)明有望解決拓撲物理應用的長期瓶頸，對于激光技術的整體進步，特別是當下人臉識別、自動駕駛、虛擬現(xiàn)實所需的三維感知和激光雷達等新興技術有重要意義，詳見TCSEL.com。

該成果發(fā)表于《自然光子學》雜志(Nature Photonics, 2022, 16: 279-283)。

TCSEL示意圖

02

超高熱導率半導體-砷化硼載流子遷移率精準測定

國家納米科學中心劉新風研究員團隊聯(lián)合休斯頓大學包吉明團隊和任志鋒團隊世界上首次精準測定了超高熱導率半導體-立方砷化硼（c-BAs）單晶的載流子遷移率；立方砷化硼材料高的載流子遷移速率以及超高的熱導率，表明該材料可廣泛應用于光電器件、電子元件等領域，為其大規(guī)模應用指明了方向。

該成果發(fā)表于《科學》雜志(Science, 2022, 377: 433-436)。

瞬態(tài)反射顯微成像和立方砷化硼的載流子擴散。（A）實驗裝置示意圖，激發(fā)波長為600 nm探測波長為800 nm；（B）不同時刻的瞬態(tài)反射顯微成像（標尺1微米）；（C）典型的載流子動力學；（D）0.5 ps的二維高斯擬合；（E）不同時刻的載流子分布方差隨時間的演化及載流子遷移率。

03

電注入激射鋁鎵氮(AlGaN)紫外激光器

中國科學院半導體研究所趙德剛、楊靜研究團隊實現(xiàn)了我國首支電注入激射波長小于360 nm的AlGaN紫外激光器。通過結構設計、界面控制及應力調(diào)控等方法解決紫外激光器發(fā)光效率低、高Al組分AlGaN的p摻雜困難、以及大失配外延等一系列紫外激光器的關鍵科學和技術問題，為國內(nèi)紫外固化、***等新型紫外光源的研制提供技術保障。 該成果發(fā)表于《半導體學報》雜志(Journal of Semiconductors, 2022, 43, 010501. doi: 10.1088/1674-4926/43/1/010501)。

AlGaN紫外激光器P-I曲線，插圖是AlGaN紫外激光器激射譜和激射光斑（藍色的激射光斑為紫外激光器照射在白色打印紙上產(chǎn)生的藍色熒光）。

04

首次制成柵極長度最小的晶體管

人類又向摩爾定律的極限發(fā)起挑戰(zhàn)。這一次中國人扮演了探索者的角色。清華大學任天令教授團隊首次制備出亞1納米柵極長度晶體管，該晶體管具有良好的電學性能。利用石墨烯單原子層厚度作為柵極，通過石墨烯側向電場調(diào)控垂直的MoS2溝道開關，從而實現(xiàn)等效物理柵長為0.34 nm。這項工作將有助于推動摩爾定律進一步發(fā)展到亞1納米。 該成果發(fā)表于《自然》雜志（Nature 2022, 603: 259–264）。

05

雙層二維半導體大面積外延生長

南京大學王欣然、李濤濤與東南大學王金蘭、馬亮團隊緊密合作，提出了襯底表面臺階高度精確調(diào)控二維半導體層數(shù)的思想和“齊頭并進”的全新生長機制，突破逐層生長的熱力學限制，首次實現(xiàn)了厘米級均勻的雙層MoS2外延生長，刷新了二維半導體器件開態(tài)電流的紀錄，并滿足2028年國際器件與系統(tǒng)路線圖的技術指標。

該成果發(fā)表于《自然》雜志（Nature, 2022, 605, 69-75）。

雙層MoS2的大面積外延生長

06

具備超高導電率的可溶液加工n型導電聚合物

華南理工大學黃飛教授團隊提出了一種n型導電聚合物的合成新策略，利用醌類氧化劑可逆的氧化還原特性，將氧化聚合和還原摻雜結合，大幅提高了有機半導體的n型摻雜效率，實現(xiàn)其由半導體向導體的轉變。合成的聚（苯并二呋喃二酮）（PBFDO）具有超過2000 S cm-1的導電率以及良好的空氣穩(wěn)定性，在有機電子器件中展現(xiàn)出廣泛的應用前景。

該成果發(fā)表于《自然》雜志（Nature, 2022, 611: 271）。

n型導電聚合物聚（苯并二呋喃二酮）的合成機理及其在有機電化學晶體管（a-c）、有機熱電（d-e）以及柔性印刷電路（f）中的應用。

07

基于鈣鈦礦量子線陣列的大面積平面和球形發(fā)光二極管

香港科技大學范智勇教授團隊開發(fā)出了一套嶄新的鈣鈦礦量子線陣列生長工藝，其在大面積的剛性、柔性、平面以及3D襯底上均具有超高均勻性?；诖?，團隊首次實現(xiàn)了鈣鈦礦LED器件的晶圓級制備，以及世界首個3D球形LED器件，完美解決了傳統(tǒng)平面器件在空間亮度分布上的弊端。其有望成為下一代照明顯示材料與器件的有利競爭者。

該成果發(fā)表于《自然光子學》雜志（Nature Photonics, 2022,16,284–290）。

鈣鈦礦量子線陣列的普適性生長

08

基于二維范德華異質(zhì)結的寬光譜感算一體器件

華中科技大學翟天佑教授、周興副教授團隊與南京大學繆峰教授團隊合作創(chuàng)新性地提出了二維雙極性范德華異質(zhì)結，通過電場調(diào)控使其光響應正負連續(xù)可調(diào)，首次在硬件層面實現(xiàn)了寬光譜圖像探測和卷積計算的同步進行，突破了傳統(tǒng)寬光譜機器視覺系統(tǒng)中感算分離所產(chǎn)生的功耗與時間延遲瓶頸，推動了機器視覺等人工智能領域的發(fā)展進程。

該成果發(fā)表于《自然電子》雜志（Nature Electronics, 2022, 5: 248-254）。

寬光譜感算一體光電器件

09

基于三維阻變存儲器的存算一體技術

中科院微電子研究所劉明院士、張鋒研究員團隊與北理工王興華副教授團隊在三維存算一體芯片領域取得突破，該團隊在國際上首次設計實現(xiàn)了基于三維垂直結構阻變存儲器的存算一體宏單元芯片，通過實驗證明了三維阻變存儲器可以實現(xiàn)存算一體技術并具有低功耗、高算力、高密度等方面的優(yōu)勢，在高性能邊緣計算領域有著廣闊的發(fā)展前景。

該成果發(fā)表于《自然電子》雜志（Nature Electronics, 2022, 5: 469-477）。

基于三維垂直結構阻變存儲器的存算一體宏單元

10

高線性度、超寬帶5G毫米波相控陣收發(fā)前端芯片

東南大學趙滌燹，尤肖虎研究團隊實現(xiàn)可同時覆蓋3GPP n257, n258, n261頻段的5G毫米波CMOS相控陣芯片；通過提出寬帶線性化技術，有效改善芯片在高功率下的幅度和相位失真，同時抑制芯片在寬帶信號下的電學記憶效應，解決了傳輸超寬帶高階調(diào)制信號的難題；芯片成果已成功應用于國產(chǎn)化毫米波分布式微基站以及紫金山實驗室6G TKμ極致連接無線傳輸平臺。 該成果發(fā)表于《固態(tài)電路》期刊（IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2022, 57: 2702-2718）。

(a) 5G毫米波四通道相控陣收發(fā)系統(tǒng)射頻前端芯片系統(tǒng)架構；(b) 芯片顯微照片。

提名獎名單

(排名不分先后)

01.微腔光梳驅動的硅基光電子片上系統(tǒng)成果論文：Microcomb-driven silicon photonic systems. Nature, 2022, 605: 457-463 論文作者：Haowen Shu, Lin Chang, Yuansheng Tao, Bitao Shen, Weiqiang Xie, Ming Jin, Andrew Netherton, Zihan Tao, Xuguang Zhang, Ruixuan Chen, Bowen Bai, Jun Qin, Shaohua Yu, Xingjun Wang, John E. Bowers

02.半導體材料激光退火過程中的超快非熱熔化理論成果論文：The seeds and homogeneous nucleation of photoinduced nonthermal melting in semiconductors due to self-amplified local dynamic instability. Science Advances, 2022, 8(27): eabn4430 論文作者：Wen-Hao Liu, Jun-Wei Luo, Shu-Shen Li, Lin-Wang Wang

03.III族氮化物寬禁帶半導體的高效p型摻雜新途徑研究成果論文：Sub-nanometer ultrathin epitaxy of AlGaN and its application in efficient doping. Light Sci Appl , 2022, 11: 71 論文作者：Jiaming Wang, Mingxing Wang, Fujun Xu, Baiyin Liu, Jing Lang, Na Zhang, Xiangning Kang, Zhixin Qin, Xuelin Yang, Xinqiang Wang, Weikun Ge and Bo Shen

04.超越單結器件的世界紀錄效率全鈣鈦礦疊層太陽能電池成果論文：All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation. Nature, 2022, 603: 73-78 論文作者：Renxing Lin, Jian Xu, Mingyang Wei, Yurui Wang, Zhengyuan Qin, Zhou Liu, Jinlong Wu, Ke Xiao, Bin Chen, So Min Park, Gang Chen, Harindi R. Atapattu, Kenneth R. Graham, Jun Xu, Jia Zhu, Ludong Li, Chunfeng Zhang, Edward H. Sargent, Hairen Tan

05.基于二維范德華異質(zhì)結的可重構存算一體架構成果論文：Reconfigurable logic-in-memory architectures based on a two-dimensional van der Waals heterostructure device. Nature Electron, 2022, 5: 752–760 論文作者：Xingxia Sun, Chenguang Zhu, Jiali Yi, Li Xiang, Chao Ma, Huawei Liu, Biyuan Zheng, Yong Liu, Wenxia You, Wujun Zhang, Delang Liang, Qin Shuai, Xiaoli Zhu, Huigao Duan, Lei Liao, Yuan Liu, Dong Li & Anlian Pan

06.具有室溫面內(nèi)反?；魻栃漠惥S超晶格結構成果論文：Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect. Nature, 2022, 609: 46-51 論文作者：Jiadong Zhou, Wenjie Zhang, Yung-Chang Lin, Jin Cao, Yao Zhou, Wei Jiang, Huifang Du, Bijun Tang, Jia Shi, Bingyan Jiang, Xun Cao, Bo Lin, Qundong Fu, Chao Zhu, Wei Guo, Yizhong Huang, Yuan Yao, Stuart S. P. Parkin, Jianhui Zhou, Yanfeng Gao, Yeliang Wang, Yanglong Hou, Yugui Yao, Kazu Suenaga, Xiaosong Wu & Zheng Liu

07.層狀半導體中的混合維度激子態(tài)的實驗發(fā)現(xiàn)成果論文：Unconventional excitonic states with phonon sidebands in layered silicon diphosphide. Nature Materials, 2022, 21: 773-778 論文作者：Ling Zhou, Junwei Huang, Lukas Windgaetter, Chin Shen Ong, Xiaoxu Zhao, Caorong Zhang, Ming Tang, Zeya Li, Caiyu Qiu, Simone Latini, Yangfan Lu, Di Wu, Huiyang Gou, Andrew T. S. Wee, Hideo Hosono, Steven G. Louie, Peizhe Tang, Angel Rubio & Hongtao Yuan

08.轉角雙層二維材料精準原子制造成果論文：Designed growth of large bilayer graphene with arbitrary twist angles. Nature Materials, 2022, 21: 1263–1268 論文作者：Can Liu, Zehui Li, Ruixi Qiao. Qinghe Wang, Zhibin Zhang, Fang Liu, Ziqi Zhou, Nianze Shang, Hongwei Fang, Meixiao Wang, Zhongkai Liu, Zuo Feng, Yang Cheng, Heng Wu, Dewei Gong, Song Liu, Zhensheng Zhang, Dingxin Zou, Ying Fu, Jun He, Hao Hong, Muhong Wu, Peng Gao, Ping-Heng Tan, Xinqiang Wang, Dapeng Yu, Enge Wang, Zhu-Jun Wang & Kaihui Liu

09.面向智能機器人、具有時空彈性的類腦計算芯片：天機X成果論文：Neuromorphic computing chip with spatiotemporal elasticity for multi-intelligent-tasking robots. Science Robotics, 2022, 7: eabk2948 論文作者：Songchen Ma, Jing Pei, Weihao Zhang, Guanrui Wang, Dahu Feng, Fangwen Yu, Chenhang Song, Huanyu Qu, Cheng Ma, Mingsheng Lu, Faqiang Liu, Wenhao Zhou, Yujie Wu, Yihan Lin, Hongyi Li, Taoyi Wang, Jiuru Song, Xue Liu, Guoqi Li, Rong Zhao, Luping Shi

10.支持多粒度稀疏的AI訓練芯片成果論文：Trainer: An Energy-Efficient Edge-Device Training Processor Supporting Dynamic Weight Pruning, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2022, 57(10): 3164-3178 論文作者：Yang Wang, Yubin Qin, Dazheng Deng, Jingchuan Wei, Tianbao Chen, Xinhan Lin, Leibo Liu, Shaojun Wei, and Shouyi Yin

審核編輯黃宇