复旦大学研发出新型半浮栅晶体管 中国首次领跑微电子领域

8月9日，由复旦大学微电子学院张卫教授领衔团队研发的世界第一个半浮栅晶体管（SFGT）研究论文刊登于《科学》杂志，这是我国科学家首次在该权威杂志发表微电子器件领域的研究成果。而意义更大的是，这种新型晶体管将有助于我国掌握集成电路的核心技术。

复旦大学微电子学院制造出世界第一个半浮栅晶体管

革新CPU制造技术

我们都知道，晶体管是制造电子计算机处理器（CPU）的基本元件，而它的工作原理也并不复杂。说白了，晶体管就像一扇门，通过控制电子的通过与否来实现“0”和“1”两个数字信号。

不过具体来说，晶体管还要分成多种类型。CPU的运算功能是由所谓的MosFET晶体管实现的，这种晶体管就是用来执行上述的逻辑计数功能，这是CPU的基本功能。此外，为了提高运算速度，CPU中还有一个被称为“高速缓存”的临时存储部件，这里就是半浮栅晶体管的用武之地。

现在，CPU的缓存主要是由“闪存”制造，其正式名称叫做“浮栅晶体管”。电子在通过浮栅晶体管时，还要同时穿过一面固体的“墙”，这一过程需要耗费一定的时间，从而实现对这些电子的临时存储。

如果说在浮栅晶体管中，电子需要穿过的是一堵“钢筋水泥墙”，而通过结构改造，在半浮栅晶体管中，电子只需要穿过“木板墙”，“穿墙”的难度和所需的电压得以大幅降低，而速度则明显提升。这种结构设计可以让半浮栅晶体管的数据擦写更加容易、迅速，整个过程都可以在低电压条件下完成，为实现芯片低功耗运行创造了条件。此外，半浮栅晶体管还能够达到更高的集成度。

“简而言之，缓存中使用半浮栅晶体管，将具有高密度和低功耗的优势，从而会极大提高CPU的性能。”张卫教授说。

与此同时，半浮栅晶体管还可以广泛应用于电脑的内存、图像传感芯片等领域。比如，采用半浮栅晶体管技术的手机摄像头芯片，它的分辨率和灵敏度将能得到极大提升。

张卫教授表示，“半浮栅晶体管已成功在复旦的实验室中和国内标准的CMOS生产线上成功制造出来，希望能够有设计和制造伙伴与我们进行对接，尽快向产业化推进。”

课题组成员在复旦大学微电子实验室留影

首次“领跑”微电子领域

“半浮栅晶体管”的发明意味着，中国头一次赶在了国际大企业之前，在微电子领域里头一回“领跑”。

团队成员、复旦大学王鹏飞教授曾在国外参与65纳米集成电路技术的研发。“国外公司在市场上推出65纳米芯片后，便把90纳米芯片制造工艺卖给中国企业，”王鹏飞对中国微电子行业在世界上的落后地位感受很深。

的确，国外集成电路厂商常会以高价将落后一到两代的技术淘汰给中国企业，而中国曾经有DRAM制造企业，由于与先进工艺存在一代半以上的技术差距而缺乏市场竞争力，现在已经不再做DRAM产品。

目前，DRAM、SRAM和图像传感器技术的核心专利基本上都是被美光、三星、Intel、索尼等国外公司控制。“在这些领域，中国大陆具有自主知识产权且可应用的产品几乎没有。”张卫教授说。

半浮栅晶体管作为一种基础电子器件，它在存储和图像传感等领域的潜在应用市场规模达到三百亿美元以上。它的成功研制有助于我国掌握集成电路的核心器件技术，是我国在新型微电子器件技术研发上的一个里程碑。

附：复旦大学微电子学院及团队介绍

复旦大学微电子学院（简称学院）成立于2013年4月，是由原“微电子研究院”、“信息学院微电子学系”和“985微纳电子科技创新平台”合并而成，也是复旦大学积极响应“国家急需，世界一流”号召，发展工科“先行先试”的首个改革试点单位，是直属于学校的教学科研实体单位。学院拥有的“微电子学与固体电子学”学科，其前身是1958年由谢希德教授创办的半导体物理专业。在各级政府和复旦大学的大力支持下，微电子学院已拥有一个可以加工10纳米线宽的先进微纳电子器件研发平台。

张卫教授领导的团队长期以来一直从事集成电路工艺和新型半导体器件的研发。该团队是由张卫教授依托复旦大学微电子学科，历时多年逐步建立起来的。团队研究骨干为了共同的研究兴趣和目标，从世界各地陆续加入复旦大学。该团队近5年来的多项研究成果已发表于Science、IEEE Electron Device Letters、IEEE Transactions on Electron Devices、Applied Physics Letters等本领域顶级国际期刊上，并已获得中国及美国专利授权30余项。团队中有多位成员具有在国外微电子工业界第一线进行器件创新、工艺研发和技术转让的成功经验。本论文第一作者王鹏飞教授2003年在慕尼黑工业大学获得工学博士学位（Summa Cum Laude），之后加入德国英飞凌科技有限公司从事新器件研发工作，2009年6月加入复旦大学。