构建自主可控的集成电路产业体系—“十五五”期间对中国集成电路产业发展的思考与建议

摘要:本文立足世界经济50年长波周期演进规律,聚焦第5 个长波周期核心引擎——集成电路产业,系统梳理了中国集成电路产业从“六五”至“十四五”的发展历程、产业体系现状及全球竞争格局。通过分析电子设计自动化(electronic design automation,EDA)、设计、制造、封测、设备、材料、存储器等关键环节的发展成果,明确中国在国家安全领域芯片自主化等方面的突破,以及多家企业跻身全球相关领域前10 位的阶段性成就。同时,深入剖析了产业存在的“小散弱”同质化内卷、上下游容错试错机制缺失、数据统计与产业标准不健全、“举国之力”转化不足等问题,并结合后摩尔时代集成电路向延续摩尔、拓展摩尔、超越摩尔、丰富摩尔的发展趋势,提出“十五五”期间要打造头部企业、完善协同机制、加大精准投资、强化基础研究、深化国际合作、优化人才培养。

晶上系统:设计、集成及应用

摘要:晶上系统(SoW)是近年来兴起的一种晶圆级超大规模集成技术。SoW是在整个晶圆上集成多个同构同质或异构异质的芯粒,并且芯粒相互连接组成具有协同工作能力的晶圆级系统,是后摩尔时代进一步提升系统性能的有效技术方案。总结了SoW技术近年来的主要研究进展,对系统架构、网络拓扑、仿真建模、供电和散热等关键技术进行了介绍,并对SoW技术的发展和应用前景进行了展望。

碳基CMOS集成电路技术: 发展现状与未来挑战

摘要:碳纳米管凭借其优良的电学性质、准一维尺寸以及稳定的结构成为后摩尔时代最理想的半导体材料。目前碳基电子学已经取得很大进展, 例如可以在4寸晶圆上得到高半导体纯度(超过99.9999%)的密排(100~200CNTs/μm)阵列碳纳米管, 晶体管栅长可以缩至5 nm且具备超越硅基的性能, 世界首个碳基现代微处理器RV16XNANO已经问世。本文综述了近年来碳纳米管在材料、器件和集成电路方面的发展, 以及未来可能在光电、传感、显示和射频等领域的应用前景. 最后, 文章列举了碳基CMOS集成电路推向产业化的过程中面临的一系列挑战, 并对碳基技术发展路线做了进一步展望。

中国先进半导体材料及辅助材料发展战略研究

摘要:目前,以SiC、GaN 为代表的第三代半导体材料快速发展,我国亟需抓住战略机遇期,实现先进半导体材料、辅助材料的自主可控,保障相关工业体系安全。本文在分析全球半导体材料及辅助材料研发与产业发展现状的基础上,寻找差距,结合我国现实情况,提出了构建半导体材料及辅助材料体系化发展、上下游协同发展和可持续发展的发展思路,制定了面向2025 年和2035 年的发展目标。为推动我国先进半导体材料及辅助材料产业发展,提出了建设集成电路关键材料及装备自主可控工程,SiC 和GaN 半导体材料、辅助材料、工艺及装备验证平台,先进半导体材料在第五代移动通信技术、能源互联网及新能源汽车领域的应用示范工程,并对如何开展三项工程进行了需求分析,设置了具体的工程目标和工程任务。最后,为推动半导体产业的创新发展,从坚持政策推动,企业和机构主导,整合国内优势资源;把握“超越摩尔”的历史机遇,布局下一代集成电路技术;构建创新链,进行创新生态建设等方面提出了对策建议。

微电子封装用芯片散热界面材料研究进展

摘要:热界面材料是保证芯片正常工作必须采用的关键材料,其目的是高效导出芯片服役过程中不断产生的大量热量。本文详细介绍了热界面材料的分类和组成;分别归纳和评述了两类热界面材料的制备技术、核心性能和最新研究成果;针对热界面材料服役过程中出现的问题,阐述了热界面材料的导热机理和芯片散热效率测量方法。移动端电子产品的芯片散热界面材料正朝着高热导率、轻量化、制造与使用全程环保等方向发展。

铋基光催化材料压电性能的研究进展

摘要:光催化作为一种绿色、有效的高级氧化技术,在有机污染物的降解中得到了广泛研究。大多光催化材料由于其光生载流子的快速复合限制了其光催化性能的有效发挥。为了提高催化效率,催化材料的压电性受到越来越多的关注。其中铋(Bi)基材料作为一种新型的半导体催化材料,同时具有光催化活性和压电催化活性,可以将太阳能和机械能进行耦合,促进有机污染物的降解。然而,在Bi基压电光催化材料的设计和应用方面仍存在许多空白。综述了压电-光催化系统的组成和提高催化性能的基本机理,研究了增强Bi基压电-光催化材料的性能策略(元素掺杂、形貌调控、构建异质结等)。针对目前压电-光催化技术存在的挑战和发展前景,对Bi基光催化材料在环境及能源领域的发展前景进行了展望。

高性能固态超级电容器:钴镍双金属硫化物负载的石墨烯气凝胶电极

摘要:固态超级电容器具有比液体电解质基的超级电容器安全性高,易于集成的优势,但它在实际应用中仍受到电极结构不稳定和高电容存储能力的限制。本文设计以三聚氰胺泡沫(MF) 作为氧化石墨烯(GO) 和Co2+、Ni2+离子浸渍的载体,利用MF 多孔网络骨架、GO 中含氧官能团负电荷与带正电金属离子产生的静电相互作用,经水热反应制得被褶皱GO 包覆“类海胆状”Ni−Co 前驱体负载的MF 泡沫,后经碳化和硫化过程产生了纳米NiCo2S4 颗粒均匀分散的多孔NiCo2S4/石墨烯气凝胶/三聚氰胺泡沫(GM) 气凝胶材料。得益于NiCo2S4 丰富的电化学位点、石墨烯较大比表面积和优异导电性的协同作用,加速了电解质的快速渗透,加快了OH−扩散和Ni2+/Co2+离子与OH−之间氧化还原反应过程中的电子/离子转移速率,使得所制备NiCo2S4/GM电极在电流密度为0.5 A·g−1 时,比电容高达2 515.3 F·g−1 且具有较高的倍率和循环稳定性能。用KOH/聚乙烯醇凝胶电解质构建的NiCo2S4/GM//活性炭(AC) 固态超级电容器功率密度为14.9 W· kg−1 时能量密度可达51.6 W·h·kg−1,循环10 000 次后其比电容保持率为93.5%。该研究制备的石墨烯气凝胶均匀负载纳米NiCo2S4颗粒是一种性能优异电极材料,且具有良好的实际应用前景。

纳米压印二维空气柱柔性光子晶体力致变色性能与应用

摘要:针对柔性光子晶体结构变色范围小、柔性不足的问题,基于纳米压印技术设计制备了一种具有三角形排布二维空气柱纳米结构的柔性光子晶体。通过多种试验手段分析了柔性光子晶体的力致变色性能和工作稳定性,并对其在应变感知及动态显示领域的应用进行了研究。结果表明:当对柔性光子晶体进行单轴拉伸时,随着拉伸应变的不断增大,样品颜色逐渐蓝移,反射光谱带隙中心波长变化量达到了180 nm,颜色可以覆盖整个可见光范围。同时,样品在2 000 次循环拉伸试验下表现出很好的性能稳定性。本文制备的柔性光子晶体兼具变色范围大与应变小的特征,可以弥补传统柔性应变传感器对小应变灵敏度不足的缺陷,同时可以用于实现可见光动态显示。

我国新一代信息技术产业发展回顾与展望

摘要:新一代信息技术产业是国民经济的战略性、基础性和先导性产业,是建设制造强国、实现高质量发展的重要支撑。本文基于详实的数据,从产业规模、产业结构、创新能力和融合应用四方面,全面梳理了2015—2025 年我国新一代信息技术产业的总体进展和成绩。与此同时,结合制造强国战略中确定的重点发展领域,细化分析了我国在通过应用牵引、产业协同等方式加快新一代信息技术产业发展的具体实践,着重对核心零部件自给不足、集成电路先进工艺滞后、高端软件受制于人等短板问题进行了分析。展望未来十年,我国新一代信息技术产业将以支撑新型工业化为核心目标,聚焦创新引领、供应链韧性、全域渗透、开放共赢四大方向,采取重大战略部署、多策并举推进等方式,重点突破第六代移动通信、人工智能、量子信息等前沿技术,全力攻克高端芯片、核心软件、关键装备等“卡脖子”环节,加快推进新一代信息技术向经济社会全域渗透,深化数实融合,为中国式现代化提供强劲动能。

AI浪潮下的信息技术光电融合

摘要:人工智能(AI)有望催生第四次工业革命,凸显我国信息技术自主发展的紧迫性和重要性。光电融合为AI 发展提升硬件支撑能力,是领域内需要重点发展的新质生产力技术。本文分析了光电融合的重要意义,总结了光电融合的内涵、演进路径,并介绍了相关技术的研究进展,剖析了AI 浪潮下信息技术光电融合发展面临的机遇和挑战。光电融合是AI 基础设施发展的内在要求,AI 赋能可有效促进光电融合技术进步与突破。研究建议,善用AI 促进光电融合技术攻关、实施光电融合重大创新工程、营造充满活力的光电融合创新生态、培育和壮大有国际竞争力的光电融合创新主体,多措并举协同发力,把握住AI浪潮下信息硬件技术变轨机遇,有效提升我国信息科技自主发展能力。