復旦大學研發出新型半浮柵晶體管 中國首次領跑微電子領域

8月9日，由復旦大學微電子學院張衞教授領銜團隊研發的世界第一個半浮柵晶體管（SFGT）研究論文刊登於《科學》雜誌，這是我國科學家首次在該權威雜誌發表微電子器件領域的研究成果。而意義更大的是，這種新型晶體管將有助於我國掌握集成電路的核心技術。

復旦大學微電子學院製造出世界第一個半浮柵晶體管

革新CPU製造技術

我們都知道，晶體管是製造電子計算機處理器（CPU）的基本元件，而它的工作原理也並不複雜。説白了，晶體管就像一扇門，通過控制電子的通過與否來實現“0”和“1”兩個數字信號。

不過具體來説，晶體管還要分成多種類型。CPU的運算功能是由所謂的MosFET晶體管實現的，這種晶體管就是用來執行上述的邏輯計數功能，這是CPU的基本功能。此外，為了提高運算速度，CPU中還有一個被稱為“高速緩存”的臨時存儲部件，這裏就是半浮柵晶體管的用武之地。

現在，CPU的緩存主要是由“閃存”製造，其正式名稱叫做“浮柵晶體管”。電子在通過浮柵晶體管時，還要同時穿過一面固體的“牆”，這一過程需要耗費一定的時間，從而實現對這些電子的臨時存儲。

如果説在浮柵晶體管中，電子需要穿過的是一堵“鋼筋水泥牆”，而通過結構改造，在半浮柵晶體管中，電子只需要穿過“木板牆”，“穿牆”的難度和所需的電壓得以大幅降低，而速度則明顯提升。這種結構設計可以讓半浮柵晶體管的數據擦寫更加容易、迅速，整個過程都可以在低電壓條件下完成，為實現芯片低功耗運行創造了條件。此外，半浮柵晶體管還能夠達到更高的集成度。

“簡而言之，緩存中使用半浮柵晶體管，將具有高密度和低功耗的優勢，從而會極大提高CPU的性能。”張衞教授説。

與此同時，半浮柵晶體管還可以廣泛應用於電腦的內存、圖像傳感芯片等領域。比如，採用半浮柵晶體管技術的手機攝像頭芯片，它的分辨率和靈敏度將能得到極大提升。

張衞教授表示，“半浮柵晶體管已成功在復旦的實驗室中和國內標準的CMOS生產線上成功製造出來，希望能夠有設計和製造夥伴與我們進行對接，儘快向產業化推進。”

課題組成員在復旦大學微電子實驗室留影

首次“領跑”微電子領域

“半浮柵晶體管”的發明意味着，中國頭一次趕在了國際大企業之前，在微電子領域裏頭一回“領跑”。

團隊成員、復旦大學王鵬飛教授曾在國外參與65納米集成電路技術的研發。“國外公司在市場上推出65納米芯片後，便把90納米芯片製造工藝賣給中國企業，”王鵬飛對中國微電子行業在世界上的落後地位感受很深。

的確，國外集成電路廠商常會以高價將落後一到兩代的技術淘汰給中國企業，而中國曾經有DRAM製造企業，由於與先進工藝存在一代半以上的技術差距而缺乏市場競爭力，現在已經不再做DRAM產品。

目前，DRAM、SRAM和圖像傳感器技術的核心專利基本上都是被美光、三星、Intel、索尼等國外公司控制。“在這些領域，中國大陸具有自主知識產權且可應用的產品幾乎沒有。”張衞教授説。

半浮柵晶體管作為一種基礎電子器件，它在存儲和圖像傳感等領域的潛在應用市場規模達到三百億美元以上。它的成功研製有助於我國掌握集成電路的核心器件技術，是我國在新型微電子器件技術研發上的一個里程碑。

附：復旦大學微電子學院及團隊介紹

復旦大學微電子學院（簡稱學院）成立於2013年4月，是由原“微電子研究院”、“信息學院微電子學系”和“985微納電子科技創新平台”合併而成，也是復旦大學積極響應“國家急需，世界一流”號召，發展工科“先行先試”的首個改革試點單位，是直屬於學校的教學科研實體單位。學院擁有的“微電子學與固體電子學”學科，其前身是1958年由謝希德教授創辦的半導體物理專業。在各級政府和復旦大學的大力支持下，微電子學院已擁有一個可以加工10納米線寬的先進微納電子器件研發平台。

張衞教授領導的團隊長期以來一直從事集成電路工藝和新型半導體器件的研發。該團隊是由張衞教授依託復旦大學微電子學科，歷時多年逐步建立起來的。團隊研究骨幹為了共同的研究興趣和目標，從世界各地陸續加入復旦大學。該團隊近5年來的多項研究成果已發表於Science、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices、Applied Physics Letters等本領域頂級國際期刊上，並已獲得中國及美國專利授權30餘項。團隊中有多位成員具有在國外微電子工業界第一線進行器件創新、工藝研發和技術轉讓的成功經驗。本論文第一作者王鵬飛教授2003年在慕尼黑工業大學獲得工學博士學位（Summa Cum Laude），之後加入德國英飛凌科技有限公司從事新器件研發工作，2009年6月加入復旦大學。