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8月9日，由復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院張衛(wèi)教授領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)研發(fā)的世界第一個(gè)半浮柵晶體管（SFGT）研究論文刊登于《科學(xué)》雜志，這是我國(guó)科學(xué)家首次在該權(quán)威雜志發(fā)表微電子器件領(lǐng)域的研究成果。而意義更大的是，這種新型晶體管將有助于我國(guó)掌握集成電路的核心技術(shù)。

復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院制造出世界第一個(gè)半浮柵晶體管

革新CPU制造技術(shù)

我們都知道，晶體管是制造電子計(jì)算機(jī)處理器（CPU）的基本元件，而它的工作原理也并不復(fù)雜。說(shuō)白了，晶體管就像一扇門，通過(guò)控制電子的通過(guò)與否來(lái)實(shí)現(xiàn)“0”和“1”兩個(gè)數(shù)字信號(hào)。

不過(guò)具體來(lái)說(shuō)，晶體管還要分成多種類型。CPU的運(yùn)算功能是由所謂的MosFET晶體管實(shí)現(xiàn)的，這種晶體管就是用來(lái)執(zhí)行上述的邏輯計(jì)數(shù)功能，這是CPU的基本功能。此外，為了提高運(yùn)算速度，CPU中還有一個(gè)被稱為“高速緩存”的臨時(shí)存儲(chǔ)部件，這里就是半浮柵晶體管的用武之地。

現(xiàn)在，CPU的緩存主要是由“閃存”制造，其正式名稱叫做“浮柵晶體管”。電子在通過(guò)浮柵晶體管時(shí)，還要同時(shí)穿過(guò)一面固體的“墻”，這一過(guò)程需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這些電子的臨時(shí)存儲(chǔ)。

如果說(shuō)在浮柵晶體管中，電子需要穿過(guò)的是一堵“鋼筋水泥墻”，而通過(guò)結(jié)構(gòu)改造，在半浮柵晶體管中，電子只需要穿過(guò)“木板墻”，“穿墻”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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以讓半浮柵晶體管的數(shù)據(jù)擦寫(xiě)更加容易、迅速，整個(gè)過(guò)程都可以在低電壓條件下完成，為實(shí)現(xiàn)芯片低功耗運(yùn)行創(chuàng)造了條件。此外，半浮柵晶體管還能夠達(dá)到更高的集成度。

“簡(jiǎn)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(yōu)勢(shì)，從而會(huì)極大提高CPU的性能。”張衛(wèi)教授說(shuō)。

與此同時(shí)，半浮柵晶體管還可以廣泛應(yīng)用于電腦的內(nèi)存、圖像傳感芯片等領(lǐng)域。比如，采用半浮柵晶體管技術(shù)的手機(jī)攝像頭芯片，它的分辨率和靈敏度將能得到極大提升。

張衛(wèi)教授表示，“半浮柵晶體管已成功在復(fù)旦的實(shí)驗(yàn)室中和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS生產(chǎn)線上成功制造出來(lái)，希望能夠有設(shè)計(jì)和制造伙伴與我們進(jìn)行對(duì)接，盡快向產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)。”

課題組成員在復(fù)旦大學(xué)微電子實(shí)驗(yàn)室留影

首次“領(lǐng)跑”微電子領(lǐng)域

“半浮柵晶體管”的發(fā)明意味著，中國(guó)頭一次趕在了國(guó)際大企業(yè)之前，在微電子領(lǐng)域里頭一回“領(lǐng)跑”。

團(tuán)隊(duì)成員、復(fù)旦大學(xué)王鵬飛教授曾在國(guó)外參與65納米集成電路技術(shù)的研發(fā)。“國(guó)外公司在市場(chǎng)上推出65納米芯片后，便把90納米芯片制造工藝賣給中國(guó)企業(yè)，”王鵬飛對(duì)中國(guó)微電子行業(yè)在世界上的落后地位感受很深。

的確，國(guó)外集成電路廠商常會(huì)以高價(jià)將落后一到兩代的技術(shù)淘汰給中國(guó)企業(yè)，而中國(guó)曾經(jīng)有DRAM制造企業(yè)，由于與先進(jìn)工藝存在一代半以上的技術(shù)差距而缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，現(xiàn)在已經(jīng)不再做DRAM產(chǎn)品。

目前，DRAM、SRAM和圖像傳感器技術(shù)的核心專利基本上都是被美光、三星、Intel、索尼等國(guó)外公司控制。“在這些領(lǐng)域，中國(guó)大陸具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且可應(yīng)用的產(chǎn)品幾乎沒(méi)有。”張衛(wèi)教授說(shuō)。

半浮柵晶體管作為一種基礎(chǔ)電子器件，它在存儲(chǔ)和圖像傳感等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到三百億美元以上。它的成功研制有助于我國(guó)掌握集成電路的核心器件技術(shù)，是我國(guó)在新型微電子器件技術(shù)研發(fā)上的一個(gè)里程碑。

附：復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院及團(tuán)隊(duì)介紹

復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院（簡(jiǎn)稱學(xué)院）成立于2013年4月，是由原“微電子研究院”、“信息學(xué)院微電子學(xué)系”和“985微納電子科技創(chuàng)新平臺(tái)”合并而成，也是復(fù)旦大學(xué)積極響應(yīng)“國(guó)家急需，世界一流”號(hào)召，發(fā)展工科“先行先試”的首個(gè)改革試點(diǎn)單位，是直屬于學(xué)校的教學(xué)科研實(shí)體單位。學(xué)院擁有的“微電子學(xué)與固體電子學(xué)”學(xué)科，其前身是1958年由謝希德教授創(chuàng)辦的半導(dǎo)體物理專業(yè)。在各級(jí)政府和復(fù)旦大學(xué)的大力支持下，微電子學(xué)院已擁有一個(gè)可以加工10納米線寬的先進(jìn)微納電子器件研發(fā)平臺(tái)。

張衛(wèi)教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)一直從事集成電路工藝和新型半導(dǎo)體器件的研發(fā)。該團(tuán)隊(duì)是由張衛(wèi)教授依托復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)科，歷時(shí)多年逐步建立起來(lái)的。團(tuán)隊(duì)研究骨干為了共同的研究興趣和目標(biāo)，從世界各地陸續(xù)加入復(fù)旦大學(xué)。該團(tuán)隊(duì)近5年來(lái)的多項(xiàng)研究成果已發(fā)表于Science、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices、Applied Physics Letters等本領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際期刊上，并已獲得中國(guó)及美國(guó)專利授權(quán)30余項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)中有多位成員具有在國(guó)外微電子工業(yè)界第一線進(jìn)行器件創(chuàng)新、工藝研發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓的成功經(jīng)驗(yàn)。本論文第一作者王鵬飛教授2003年在慕尼黑工業(yè)大學(xué)獲得工學(xué)博士學(xué)位（Summa Cum Laude），之后加入德國(guó)英飛凌科技有限公司從事新器件研發(fā)工作，2009年6月加入復(fù)旦大學(xué)。