电子技术年终总结：2017年度十大技术突破盘点

科技的发展已然超越我们的想象，技术的创新不断令我们咋舌。回顾2017年，我们可以看到纳米级LED突破芯片间传输速率限制、世界首款72层3D NAND问世以及1nm工艺制造出现等一系列技术的不断突破，为未来时代谱写新的篇章。值此背景之下，电子发烧友小编为各位读者总结了其中十项最新的技术突破，以供大家了解电子行业最前沿的发展趋势。

一、石墨烯打造OLED电极获重大突破

2017年1月初，研究人员通过石墨烯制造出OLED电极，这也为石墨烯在OLED产业的发展拉开了序幕。据了解，石墨烯拥有高画质、柔性超薄、高对比、低能耗等特点，它能打造硬度优良、导电优秀、柔性触控、超级透明的优秀触控面板材料。而这次研究人员用石墨烯打造OLED电极就是一项重大突破。

据专家介绍，附着到OLED的电极尺寸约为2cm x1cm，它使用化学气相沉积（CVD）工艺制造，其中甲烷和氢气被泵入真空室中，铜板被加热到800℃。这两种气体发生化学反应，并当甲烷溶解到铜中时，其在表面上形成石墨烯原子。一旦该层充分形成，使整个装置冷却，施加保护性聚合物片，然后化学蚀刻掉铜以显露纯石墨烯的单原子层。

Fraunhofer有机电子学、电子束和等离子体技术FEP项目负责人Beatrice Beyer博士说，“这是极苛刻材料研究和集成的真正突破。虽然这不是第一个在其构造中使用石墨烯的柔性显示屏，但它首次引入OLED技术，向全色屏幕和快速响应时间迈出一大步。”

中国石墨烯产业联盟表示，目前全球石墨烯年产能达到百吨级，未来5-10年将达到千吨级。到2020年，全球石墨烯市场规模将超1000亿元。

二、我国5nm碳纳米管CMOS器件究新实现新突破

1月20日，北京大学信息科学技术学院彭练矛和张志勇课题组在碳纳米管电子学领域取得的世界级突破：首次制备出5纳米栅长的高性能碳纳米晶体管，并证明其性能超越同等尺寸的硅基CMOS(互补金属—氧化物—半导体)场效应晶体管，将晶体管性能推至理论极限。

据了解，该课题组通过优化器件结构和制备工艺，首次实现了栅长为10nm的碳纳米管顶栅CMOS场效应晶体管（对应于5nm技术节点），p型和n型器件的亚阈值摆幅（subthreshold swing，SS）均为70mV/DEC。

5nm栅长碳管晶体管（A、采用金属接触的碳管晶体管截面透射电镜图，以及采用石墨烯作为接触的碳管晶体管扫描电镜图；B、石墨烯作为接触的碳管晶体管示意图；C、5nm栅长碳管晶体管的转移曲线）

碳管CMOS器件与传统半导体器件的比较（A、基于碳管阵列的场效应晶体管结构示意图，B-D、碳管CMOS器件与传统材料晶体管的比较）

器件性能不仅远远超过已发表的所有碳纳米管器件，并且更低的工作电压（0.4V）下，p型和n型晶体管性能均超过了目前最好的（Intel公司的14nm节点）硅基CMOS器件在0.7V电压下工作的性能。特别碳管CMOS晶体管本征门延时达到了0.062ps，相当于14纳米硅基CMOS器件（0．22ps）的1/3。

与此同时，课题组也研究接触尺寸缩减对器件性能的影响，探索器件整体尺寸的缩减，将碳管器件的接触电极长度缩减至25nm，在保证器件性能的前提下，实现了整体尺寸为60nm的碳管晶体管，并且成功演示了整体长度为240nm的碳管CMOS反相器，这是目前所实现的最小的纳米反相器电路。

三、纳米级LED突破芯片间传输速率限制

2月中旬，荷兰爱因霍芬科技大学（Eindhoven University of Technology）的研究人员在《自然通讯》期刊中发表有关芯片上波导耦合纳米柱金属腔发光二极管的最新研究。研究人员展示一种接合至硅基板的纳米级LED层堆栈，并可耦合至磷化铟（InP）薄膜波导形成光闸耦合器。

据了解，这种nano-LED采用次微米级的纳米柱形状，其效率较前一代组件更高1000倍，在室温下的输出功率仅几奈瓦（nW），相形之下，先前的研究结果约为皮瓦（pW）级输出功率。根据该研究论文显示，这种组件能够展现相当高的外部量子效率。而在低温时，研究人员发布的功率级为50nW，相当于在1Gb/s速率下每位传输超过400个光子，这一数字远远高于理想接收器的散粒噪声极限灵敏度。该组件作业于电信波长（1.55μm），能以频率高达5GHz的脉冲波形产生器进行调变。

硅基板上的纳米柱状LED示意图

研究人员表示，由于短距离互连的损耗低，以及整合接收器技术持续进展，这一功率级可望以超精巧的光源实现芯片内部的数据传输。

研究人员还开发了一种表面钝化方法，能够进一步为nano-LED提高100倍的效率，同时透过改善奥姆接触进一步降低功耗。

四、助力量子通信发展 我国研制出百毫秒级高效量子存储器

中国科学技术大学教授潘建伟和包小辉等采用冷原子系综，在国际上首次研制出百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。该成果已经发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。

所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。经过二十多年的发展，量子通信这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，主要涉及的领域包括：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。量子通信具有高效率和绝对安全等特点，是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。

近年来，网络安全问题一直颇受世界关注，各种网络安全事件频出。随着“棱镜门”等事件的发展和全球政治形势的变化，信息安全引起世界各国重视。量子通信系统的问世，解决了未来量子计算时代的网络安全问题。而在量子保密通信应用领域，我国走在了世界前列。

2012年，中国科学家、中科大教授潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，研发出毫秒级的高效量子存储器，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定技术基础。2016年8月16日，由我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。

然而，2012年研发的存储器其存储时间仍与远距离量子中继的实际需求相距较远。近年来，潘建伟团队发展了三维光晶格限制原子运动等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76％的高性能量子存储器。

五、日本研究团队制作了高质量2英寸GaN芯片和MOSFET

日本三菱化学及富士电机、丰田中央研究所、京都大学、产业技术综合研究所的联合团队成功解决了在氮化镓(GaN)芯片上形成GaN元件功率半导体关键技术。GaN功率半导体是碳化硅功率半导体的下一代技术。日本通过发光二极管的开发积累了GaN元件技术，GaN芯片生产量占据世界最高份额。若做到现有技术的实用化，将处于世界优势地位。

功率半导体有利于家电、汽车、电车等的节能，产业需求很大。GaN功率半导体中，硅基板上形成横型GaN系的高电子迁移率晶体管等设备已经量产，但是，GaN基板上形成GaN的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)高性能设备的研究刚刚起步。美国也在积极研究，世界开发竞争激烈。

日联合团队制作了高质量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化学面向功率半导体改良了GaN芯片量产技术“氨热热法”。优化晶体成长条件，将芯片平均缺陷密度，减少到以往的数百分之一、每1平方厘米数千个水平。他们2018年度目标是使缺陷进一步降低1位数以上，实现4英寸大尺寸芯片。

六、SK海力士推出世界首款72层3DNAND

4月11日，SK海力士正式宣布推出世界首款72层256Gb 3D NAND闪存，基于TLC阵列。这也是在2016年11月首颗48层3D NAND芯片宣布仅仅5个月之后，SK海力士再次取得的重大突破。

据介绍，相比于之前推出的48层3D NAND芯片，72层芯片将单元数量提升了1.5倍，生产效率增加了30%。同时，由于加入了高速电路设计，72层芯片的内部运行速度达到了48芯片的2倍，读写性能大幅增加20%。

SK海力士表示，72层3D NAND芯片将于今年下半年大规模生产，满足高性能固态硬盘和智能手机设备的需求。

七、美国科研人员宣布实现1nm工艺制造

5月初，美国能源部(DOE)下属的布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布创造了新的世界记录，他们成功制造了尺寸只有1nm的印刷设备，使用还是电子束印刷工艺而非传统的光刻印刷技术。

这个实验室的科研人员创造性地使用了电子显微镜造出了比普通EBL(电子束印刷)工艺所能做出的更小的尺寸,电子敏感性材料在聚焦电子束的作用下尺寸大大缩小,达到了可以操纵单个原子的地步。他们造出的这个工具可以极大地改变材料的性能,从导电变成光传输以及在这两种状态下交互。

他们的这项成就是在能源部下属的功能纳米材料中心完成的,1nm印刷使用的是STEM(扫描投射电子显微镜),被隔开11nm,这样一来每平方毫米就能实现1万亿个特征点的密度。通过偏差修正STEM在5nm半栅极在氢氧硅酸盐类抗蚀剂下实现了2nm分辨率。

事实上这也不是科学家第一次实现1nm级别的工艺,去年美国能源部下属的另一个国家实验室——劳伦斯伯克利国家实验室也宣布过1nm工艺,他们使用的是纳米碳管和二硫化钼等新材料。同样地,这项技术也不会很快投入量产,因为碳纳米管晶体管跟这里的PMMA、电子束光刻一样跟目前的半导体工艺有明显区别,要让厂商们一下子全部淘汰现有设备,这简直是不可能的。

八、科学家造出“全球最薄”纳米线

5月下旬，剑桥和华威大学的研究人员通过碲(tellurium)注入碳纳米管，成功制造出了“全球最薄”的纳米线（将电线缩小到单原子串的宽度）。

其实在三维(3D)世界中，是没有纯一维(1D)或二维(2D)材料的。即使是一张薄纸片，它也是有厚度的，但为了简化思考，我们可以把石墨烯这种单原子层材料认为是只有长度和宽度。

这种“一维究极纳米线”的理念，和二维的石墨烯材料有着共通之处。它由碲元素制成，仅单原子宽高。但出于稳定性的考虑，研究人员们还是将它“禁锢”在了碳纳米管中。

不过这种单原子微观尺度也带来了一些问题，比如原子经常演绎出与照科学家设想不一致的行为。另外缺少结构束缚的话，一维材料就很容易分解掉。

据论文作者Paulo Medeiros表示，处理尺度如此微小的材料时，通常需要将它放在某个表面上。但问题是，这些表面通常具有电抗性。然而碳纳米管在化学上相当惰性，不仅能够固定住这种一维结构，还不影响它的导电性。这只是我们开始系统理解一维材料物理和化学性质的开始，仍有许多基本的物理知识等待着我们去揭开。

此外团队还发现，通过改变纳米管的直径，他们能够控制碲的其它特性。通常情况下，该元素是一种半导体。但在严格限制的条件下，它的行为就更像是一种金属了。

九、苹果公布新专利蓝牙传感器 汽车之间可互相通信

8月21日，苹果公司公布最新的专利，此专利是利用传感器技术帮助实现汽车之间相互通信。这款传感器的技术类似于蓝牙短程无线通信，可以扫描车辆周边环境，并与其它车辆、传感器和GPS进行数据传输。

据了解，苹果公司此次开发的传感器类似于蓝牙短距离无线技术，可以扫描周围环境，与其他汽车、传感器和GPS系统进行通信，也可更新司机的仪表盘显示，以提醒驾驶员路上有疾驰而过的车辆或救护车。苹果并未表示此项技术将用于自动驾驶领域，而是将其描述为类似增强版的倒车雷达和盲区探测系统，这些系统已在汽车中普遍应用。

汽车之间相互通信已不是什么新鲜事了，早在2002年汽车通讯联盟博通公司一直在研究这种技术，高通也有类似解决方案。

苹果公司此时推出蓝牙传感器专利是意义的，苹果首席执行官库克表示“正在大力投资建立自动系统，其中一个主要应用就是汽车。”目前苹果已有改良的移动操作系统CarPlay，它被设计用于汽车。随着自动驾驶汽车承担更多司机的传统职责，像CarPlay这样的系统可能会得到更广泛的使用。

十、高通推出首款5G调制解调器芯片组

10月17日，高通在香港宣布正式推出首款面向移动终端的5G调制解调器芯片组，并成功演示了全球首个与移动设备的5G数据连接。同时高通还展示了首个面向新一代蜂窝连接的5G智能手机参考设计。

高通的此次测试在位于圣迭戈的 Qualcomm Technologies 实验室测试进行，实验表明，高通的骁龙X50 NR调制解调器芯片组已经通过多个100 MHz 5G载波实现了每秒千兆的下载速度，这比现在使用4G LTE无线网络的智能手机的下载速度要快好几倍。同时高通也在28GHz毫米波频段上完成了数据连接，目前高通X50 5G基带仅支持28GHz mmWave毫米波规范，也只有韩国KT、美国Verizon两家运营商支持。

为了演示移动设备的5G数据连接，高通还带来了首款5G智能手机作为参考设计。据悉这款手机采用了全面屏设计，正面指纹，支持屏下指纹识别，后置双摄，厚度为9mm。高通表示，5G智能手机和网络将会在2019年上半年实现商用，期间5G基带、射频、网络等还需要1-2年的调试时间。

高通执行副总裁Cristiano Amon 表示：“这项重要里程碑和我们的5G智能手机参考设计充分展现了Qualcomm Technologies 正在推动移动终端领域内5G新空口的发展，以提升全球消费者的移动宽带体验。”

其实，在去年高通就发布了全球首个5G基带方案 “Snapdragon X50 5G Modem”，而在 2 月份的高通5G峰会上已经宣布完成本次测试的5G新空口（New Radio），并预计 2018年会有相关设备面世。

除了高通，英特尔、苹果、华为等厂商都在着力推动5G革命。5G技术将有可能成为未来物联网技术普及的基础。据高通QCT技术副总裁李维兴介绍，5G技术有望被用于能源管理、可穿戴设备、联网医疗、物体追踪以及环境监测等领域。