1.熱敏電晶體的出現

加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 的研究團隊開發的革命性熱晶體管取得了突破性的技術進步。它在電腦晶片熱管理的原子級設計和分子工程方面具有無與倫比的潛力。

這種新型全固態熱電晶體利用電場效應來精確控制半導體元件內的熱運動。它在電腦晶片熱管理的原子級設計和分子工程方面具有無與倫比的潛力，同時也表現出與當前半導體製造製程的出色兼容性。

該電晶體實現了超過 1 太赫茲的破紀錄開關速度，並提供 1300% 的熱導率可調性，超越了先前熱導率調製的限制。

為了驗證這項技術，使用自組裝分子界面透過電場精確調節熱阻，展示了熱運動的控制。

這種可擴展的技術創新不僅標誌著晶片製造和性能的重大飛躍，而且有望在分子層面上推進熱管理，並有可能擴展到活細胞領域。

技術支援由加州大學洛杉磯分校奈米電子研究機構和 CNSI 提供，資訊資源來自加州大學洛杉磯分校圖書館的數位研究和教育部門以及數位研究和教育研究所的高級網路基礎設施協調生態系統。

2. ASML EUV光刻機升級

2023 年，ASML 向英特爾交付了首款高數值孔徑 EUV 掃描器 Twinscan EXE:5000。該機器的協作開發始於 2018 年。

高數值孔徑 EUV 掃描儀的 0.55 數值孔徑鏡頭可確保 8 奈米分辨率，這對於生產 3 奈米及以上先進晶片至關重要。作為第一家採用這種尖端設備的公司，英特爾在製定行業標準方面獲得了戰略優勢，未來有可能超越競爭對手三星和台積電。

高數值孔徑掃描器具有獨特的功能，光束尺寸再次減半，需要大量的基礎設施投資。英特爾儘早採用這項最新技術是部署更先進製造技術的關鍵準備步驟。 ASML 承諾在 20 年至 2027 年每年生產 2028 台高數值孔徑 EUV 掃描儀，將技術定位為未來進步的基石。英特爾的目標是成為產業領導者。

3. AI設計的晶片

谷歌發表的一篇有爭議的研究論文聲稱，人工智慧在晶片設計方面取得了重大進展，在整個行業中引起了震動。

谷歌聲稱，其人工智慧技術加速了其AI晶片底層處理單元的佈局規劃，在六小時內完成了任務，遠遠超過了人類專家的能力。

TPU v5晶片引發爭議。谷歌聲稱其目的不是取代人類設計師，而是證明人工智慧可以在晶片設計過程中進行協作。 （美國人也擔心人工智慧會搶走他們的工作，谷歌表示他們只是在試驗，不會實際使用，你相信他們嗎？）

儘管同行研究人員對這項研究的有效性和仍然存在的挑戰表示懷疑，但它在推動技術創新方面發揮著至關重要的作用。一旦技術成熟，晶片設計產業的格局將發生重大轉變。

4.晶片反向供電技術

在推出 RibbonFET 的同時，英特爾也謹慎地推出了一項新技術 PowerVia。 PowerVia 透過將電源互連放置在矽的底部來採用背面電源傳輸，使頻率提高 6%，設計更加緊湊，功耗降低 30%。

測試表明，成本沒有增加，可靠性也沒有降低。製造過程包括奈米級通孔鑽孔 (TSV)、載體晶圓鍵合以及在晶片底部建立電源互連。儘管複雜性增加，但英特爾透過優化 M0 層而無需電源互連，從而節省了成本。

PowerVia 已成功整合到英特爾的生產流程中，為 20 年採用 RibbonFET 電晶體的 2024A 節點鋪平了道路。

5.雷射整合晶片

光子積體電路（PIC）在高速光收發器和雷射雷達等應用中得到了廣泛的應用。然而，由於矽的發射效率有限，將雷射整合到矽光子晶片上仍然是一個重大挑戰。比利時奈米電子學研究中心 Imec 領導了這項研究工作。在一種稱為倒裝晶片鍵合的製程中，雷射晶片以亞微米精度精確對準、轉移並鍵結到矽光子晶圓上。

晶圓級矽光子製程已實現高達80%的耦合效率，部分應用實例達到了令人滿意的60%。這證明了該方法的有效性。

轉移雷射模具的方法有多種。一種方法是微轉移印刷，它使用黏合劑或分子鍵合進行快速組裝和耦合。這種方法在需要整合大量III-V族元件的高通量場景中非常有價值。晶圓鍵合是將 III-V 族材料鍵合到矽晶圓上的另一種技術，允許並行處理多個裝置並為光學介面提供更高的效率。

Imec的技術是單片集成，也稱為奈米脊工程（NRE），代表了一種尖端方法。此方法利用溝槽限制來限制缺陷，旨在實現矽上III-V族材料的無缺陷生長。

Imec 的 NRE 技術能夠在 300 毫米矽生產線上生產高品質的基於 GaAs 的光電二極體。

倒裝晶片處理提供簡單性和靈活性，但其順序性質限制了生產效率。相較之下，微轉移印刷和晶圓鍵結儘管需要更高的成本，但在每個光子 IC 需要多個雷射的應用中表現出更高的吞吐量和更低的成本潛力。單片集成，特別是 NRE，透過解決基本組件直接在矽上無缺陷生長的基本挑戰，提出了一個有前途的方向。隨著這項製程的推廣和進步，它將更能滿足矽光子領域的各種應用需求。

6. 光子聚變

史丹佛大學康格里夫實驗室的研究人員正在開創光致變色技術，專注於頻率上轉換，將兩個低能量光子轉換為一個高能量光子。利用三重態-三重態湮沒方法，利用鈀、銥、鉑等重金屬的三重態敏化特性，以及紅螢烯等可激發材料，該團隊成功實現了高能量光子的高效發射。

這個過程將光的波長轉換成矽太陽能電池可以吸收的波長，從本質上改變光的顏色（變色技術）。該技術已應用於提高太陽能效率，預計將提高 15-20%。

此外，研究實驗也證明了採用上轉換技術的 3D 列印能力，可以使用低功率雷射在特定點精確固化樹脂。這為積層製造提供了新的可能性。這些低功率雷射可以快速並行列印奈米級物體，克服了當前列印精度的限制。

這項變革性技術不僅解決了太陽能和 3D 列印領域的挑戰，也為各種應用帶來了前景，包括深層組織成像、光遺傳學、夜視系統和防偽解決方案。研究人員探索了近紅外光頻率轉換技術在深部組織成像、光遺傳學以及活組織內局部化學反應應用的應用。

康格里夫實驗室的工作展示了上變頻技術在各行業的多樣化和變革潛力，這僅標誌著其潛在應用的開始。

7.晶片級電子加速器

埃爾蘭根-紐倫堡大學的物理學家在晶片大小的電子加速器方面取得了重大進展。該團隊使用介電材料在晶片上製造了加速器，創建了 225 奈米寬、0.5 毫米長的通道。透過採用精確定時的紅外線雷射脈衝和 733 個矽柱（每個矽柱高 2 微米），他們能夠將電子能量提高 43%，令人印象深刻。

這代表了加速器物理領域的重大飛躍。奈米光子電子加速器可以使用標準潔淨室技術（例如電子束微影技術）來建構。研究人員的目標是開發緊湊型加速器，以探索在同步加速器光源、自由電子雷射和尋找輕質暗物質方面的應用。

8.高速半導體新材料

科學家發現了迄今為止最快、最高效的半導體材料 Re6Se8Cl2。這種材料由錸、硒和氯組成，形成被稱為「超原子」的簇。這些超原子創造了一種獨特的結構，其中束縛激子（電子空穴對）與聲子而不是散射態相互作用，從而產生了稱為聲激子極化子的新準粒子。

以下是這種新型超級半導體的一些關鍵特徵：

★ Re6Se8Cl2表現出持續的室溫彈道激子運動，聲激子極化子的運動速度是矽中電子運動速度的兩倍。

★ 與電子在短距離內散射的傳統半導體不同，Re6Se8Cl2 中的激子極化子可在奈秒內穿過幾微米，展現出卓越的速度性能。

★ 這種半導體是基於光控製而不是電流來工作，實現飛秒範圍的處理速度，這比目前可用的千兆赫範圍的電子設備要快得多。

★ Re6Se8Cl2 是一種范德華材料，屬於超原子半導體家族。然而，錸是一種稀有元素，因此研究人員正在尋找具有類似特性的替代材料。

★ 聲激子極化子提供了一種在非常規材料中實現遠距離能量轉移的新穎方法，將其應用擴展到傳統半導體用途之外。

★ 利用激子代替電子可以用作高效的光電探測器或在計算中找到應用以提高能源效率和性能。潛在的設備包括“彈道電晶體”。

研究人員強調，雖然激子像電子一樣攜帶訊息和能量，但它們可能無法與目前的半導體工業硬體直接相容。這些發現為設計具有獨特功能的先進半導體裝置開闢了新途徑。

這裡有很多新概念，我們補充一些解釋：

激子

激子是固態物理學中使用的一種準粒子，用來描述電子和電洞（帶正電的空位）透過晶體材料內的庫侖力相互作用的系統。

聲子

聲子是晶格振動的量子化單位，代表與晶格中正常振動模式相關的最小能量量子，如量子力學所述。

超原子

超原子是由多個原子組成的穩定結構單元，具有與單一原子相似的性質。它們的物理和化學性質會隨組成原子的數量、結構和組成而變化。

準粒子

準粒子是一種新的類粒子態，在特定條件下由於相互作用而暫時形成，表現出與普通基本粒子不同的集體特性。例如，在超導體中，電子和聲子之間的相互作用可以形成庫柏對，它們是帶電玻色子，其作用與超導體體內的常規電子類似。因此，庫柏對可以被認為是準粒子。

9.半導體的永續性問題：氮化鎵與碳化矽

由於氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）半導體相對於傳統矽技術的優勢，電力電子領域正經歷重大變革。 2001年前後，氮化鎵基化合物半導體引發了照明產業的革命性變革，迅速佔領了全球氮化鎵基LED照明市場50%以上的份額。這項轉變不僅將照明用電量減少了 30% 至 40%，也為電力電子領域更廣泛的革命性變革奠定了基礎。 GaN 和 SiC 憑藉其卓越的效率和功能，為關鍵電力電子應用中矽的替代方案做出了重大貢獻。這些材料減少了能源浪費並帶來了巨大的環境效益。

這些新技術進步在塑造半導體產業的同時，也凸顯了未來幾年的發展軌跡。隨著技術邊界的不斷突破，唯一不變的就是不斷的創新。