2023年中國半導體十大研究進展
《半導體學報》是中國電子學會和中國科學院半導體研究所主辦的學術刊物。 《半導體學報》於2020年首次啟動「中國半導體十大研究進展」評選活動，旨在遴選、記錄我國在半導體基礎研究領域的年度標誌性成果。經過四年的累積和沈澱，「十大評選」收穫了半導體領域專家、學者的廣泛矚目和高度認可，同時也被賦予了更為深遠的意義。
2023年，第四屆「中國半導體十大研究進展」評選活動共有54項成果獲得候選推薦資格。 2024年1月底，由243位半導體領域專家組成的評選委員會經過嚴格評審，評選出10項優秀成果榮膺2023年度「中國半導體十大研究進展」；10項優秀成果榮獲2023年度「中國半導體十大研究進展”提名獎。
2023年度「中國半導體十大研究進展」（排名不分先後）
1. 接近基板級晶體質量的氮化物寬禁帶半導體異質外延薄膜
北京大學沈波、許福軍團隊針對大失配異質外延導致氮化物寬禁帶半導體高缺陷密度的難題，創新發展了一種基於奈米圖形化AlN/藍寶石模板的“可控離散和可控聚合”側向外延方法，使藍寶石襯底上AlN外延薄膜位錯腐蝕坑密度大幅降低了兩個量級，至~10 4 cm -2 ，實現了接近襯底級晶體質量的AlN外延薄膜，並應用於相關裝置研發。
此成果發表於《自然·材料》雜誌（Nature Materials, 2023, 22: 853–859）。
高品質AlN外延薄膜控制動力學及其應用。
2. 超高整合度光學卷積處理晶片
中國科學院半導體研究所李明研究員-祝寧華院士團隊借助空-時變換結合波分復用技術，採用多模干涉機理，成功研製了一款超高集成度光學卷積處理晶片，創造了目前光計算晶片最高算力密度記錄，該晶片調控單元數量隨矩陣規模呈線性增長，有效緩解了光計算晶片規模擴展的難題，為解決光計算晶片大規模集成探索了一個新的方向。
此成果發表於《自然‧通訊》雜誌（Nature Communications, 2023, 14: 3000）。
超高整合度光學卷積處理晶片。
3. 單原子層MoS 2接觸電阻接近量子極限
王欣然（南京大學/蘇州實驗室）、施毅（南京大學）和王金蘭（東南大學）教授帶領的合作團隊提出能帶雜化增強歐姆接觸新機理，利用半金屬接觸，成功將單原子層MoS2接觸電阻降低至42 Ω·μm，首次低於化學鍵結合的矽基元件並接近理論量子極限，進而實現了單層二維半導體電晶體最高電流記錄。
此成果發表於《自然》雜誌（Nature, 2023, 613: 274–279），同時入選了ESI熱點與高被引論文。
4. 首例外延高κ柵介質整合型二維鰭式電晶體
北京大學彭海琳教授團隊實現了世界首例二維半導體鰭片/高κ柵氧化物異質接面陣列的外延生長及其三維架構的異質集成，並開發了高性能二維鰭式場效電晶體（ 2D FinFET）。這項原創性工作突破了後摩爾時代高速低功耗晶片的二維半導體/高κ柵介質精準合成與新架構三維異質整合瓶頸，為開發未來先進晶片技術帶來新機會。
此成果發表於《自然》雜誌（Nature, 2023, 616: 66–72）。
首例外延高κ柵介質整合型二維鰭式電晶體（2D Bi 2 O 2 Se/Bi 2 SeO 5 FinFET）。
5. 超越矽極限的彈道二維電晶體
北京大學彭練矛院士、邱晨光研究員團隊構築了10奈米彈道二維硒化銦晶體管，創造性的開發了稀土元素釔摻雜誘導二維相變技術，首次推進二維晶體管實際性能超過業界先進節點矽基Fin電晶體和IRDS預測的矽極限，並且將二維電晶體的工作電壓降到0.5 V，室溫彈道率達83%，為國際上迄今速度最快能耗最低的二維半導體電晶體。
此成果發表於《自然》雜誌（Nature, 2023, 616: 470–475）。
彈道二維硒化銦電晶體元件結構、性能優勢和晶片展望。
6. 柔性單晶矽太陽電池
中國科學院上海微系統與資訊科技研究所劉正新、狄增峰團隊針對傳統單晶矽太陽電池易碎的缺陷，透過介觀對稱性結構設計，開發了邊緣圓滑處理技術，在國際上率先發明了柔性單晶矽太陽電池技術，實現了力學韌性和抗震性的跨越式提升，製備的輕質柔性組件成功應用於臨近空間飛行器，將極大地開闢單晶矽太陽電池新的應用領域。
此成果以雜誌封面形式發表於《自然》雜誌（Nature, 2023, 617: 717–723）。
工業尺寸柔性單晶矽太陽電池。
7. 新型感存算一體光電探測器
中國科學院上海技術物理研究所紅外線科學與技術重點實驗室胡偉達、苗金水研究團隊在國際上首次提出了基於離子-電子耦合效應的感存算一體光電探測器，透過模擬人類視覺感知架構，實現了感知端光電資訊處理功能，可解決紅外線感知分立架構產生的延遲和功耗問題，為大規模硬體整合感存算光電感知晶片及其目標識別應用奠定了基礎。
此成果發表於《自然‧奈米科技》雜誌（Nature Nanotechnology, 2023, 18: 1303–1310）。
8. 全球首款可片上學習的憶阻器存算一體晶片
清華大學錢鶴、吳華強研究團隊在國際上首次實現了全系統整合、支援高效片上學習的憶阻器存算一體晶片，透過一種基於符號和閾值的權重更新演算法及硬體架構，解決了傳統CMOS電路與憶阻器適配器適配性差的問題，並使晶片在增量學習任務中的功耗僅有傳統硬體的1/35，為邊緣端人工智慧硬體平台提供了一種新的高能源效率解決方案。
此成果發表於《科學》雜誌（Science, 2023, 381: 1205–1211）。
9.光電全類比智慧計算晶片
清華大學戴瓊海、方璐、喬飛、吳嘉敏合作攻關，建立了大規模可重構光電智能運算架構，結合光運算與模擬電子運算技術，突破傳統晶片架構中資料轉換速度、精度與功耗相互制約的瓶頸，研發了全模擬光電智慧運算晶片ACCEL。與現有高性能晶片相比，算力提升千倍，能源效率提升百萬倍。該晶片將在無人系統和智慧大模型等實現應用。
此成果發表於《自然》雜誌（Nature, 2023, 623: 48–57）。
10. 可重構數位存算一體AI晶片
清華大學尹首一教授、魏少軍教授及香港科技大學塗鋒斌教授團隊提出可兼顧能效、精度和靈活性的AI晶片新範式——可重構數位存算一體架構，設計出國際首款面向通用雲端高算力場景的存算一體AI晶片ReDCIM（Reconfigurable Digital Computing-In-Memory）。該晶片首次在存算一體架構上支援高精度浮點與整數運算，可滿足資料中心級的雲端AI推理和訓練等各種應用場景需求。
此成果發表於積體電路領域頂級期刊IEEE Journal of Solid–State Circuits（JSSC, Volume: 58, Issue: 1, January 2023）。
可重構數位存算一體AI晶片ReDCIM的顯微照片、核心技術、與同期研究比較。
2023年度「中國半導體十大研究進展」提名獎
01在雙層半導體量子阱中揭示激子分數量子霍爾態
成果論文：Excitonic topological order in imbalanced electron–hole bilayers. Nature, 2023, 619: 57–62
論文作者：Rui Wang, Tigran A. Sedrakyan, Baigeng Wang, Lingjie Du & Rui-Rui Du
02首例基於拓樸保護的半導體手性光子源晶片
成果論文：Topology-induced chiral photon emission from a large-scale meron lattice. Nature Electronics, 2023, 6: 516–524
論文作者：Xuefeng Wu, Xu Li, Wenyu Kang, Xichao Zhang, Li Chen, Zhibai Zhong, Yan Zhou, Johan Åkerman, Yaping Wu, Rong Zhang & Junyong Kang
03一種CMOS相容的低矯頑場三方相鐵電Hf(Zr)1+xO2材料
成果論文：A stable rhombohedral phase in ferroelectric Hf(Zr)1+xO2 capacitor with ultralow coercive field. Science, 2023, 381: 558–563
論文作者：Yuan Wang, Lei Tao, Roger Guzman, Qing Luo, Wu Zhou, Yang Yang, Yingfen Wei, Yu Liu, Pengfei Jiang, Yuting Chen, Shuxian Lv, Yaxin Ding, Wei Wei, Tiancheng Gong, Yan Wang, Qi Liu Wang, Qi Liu , Shixuan Du & Ming Liu
04光化學鍵結實現半導體3D奈米列印
成果論文：3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals. Science, 2023, 381: 1468–1474
論文作者：Fu Li, Shao–Feng Liu, Wangyu Liu, Zheng-Wei Hou, Jiaxi Jiang, Zhong Fu, Song Wang, Yilong Si, Shaoyong Lu, Hongwei Zhou, Dan Liu, Xiaoli Tian, Hengwei Qiu, Yuchen Yang, Zhengcao Li, Xiaoyan Li, Linhan Lin, Hong–Bo Sun, Hao Zhang & Jinghong Li
05可重構相干奈米雷射陣列
成果論文：Reconfigurable moire nanolaser arrays with phasesynchronization. Nature, 2023, 624: 282–288
論文作者：Hong-Yi Luan, Yun-Hao Ouyang, Zi-Wei Zhao, Wen–Zhi Mao & Ren-Min Ma
06半導體黑磷的超快瞬時能帶調控
成果論文：Pseudospin-selective Floquet band engineering in black phosphorus. Nature, 2023, 614: 75–80
論文作者：Shaohua Zhou, Changhua Bao, Benshu Fan, Hui Zhou, Qixuan Gao, Haoyuan Zhong, Tianyun Lin, Hang Liu, Pu Yu, Peizhe Tang, Sheng Meng, Wenhui Duan & Shuyun Zhou
07先進節點碳基積體電路
成果論文：Scaling aligned carbon nanotube transistors to a sub-10 nm node. Nature Electronics, 2023, 6: 506–515
論文作者：Yanxia Lin, Yu Cao, Sujuan Ding, Panpan Zhang, Lin Xu, Chenchen Liu, Qianlan Hu, Chuanhong Jin, Lian–Mao Peng & Zhiyong Zhang
08基於存算一體硬體的無線資料傳輸系統
成果論文：Parallel in-memory wireless computing. Nature Electronics, 2023, 6: 381–389
論文作者：Cong Wang, Gong-Jie Ruan, Zai-Zheng Yang, Xing–Jian Yangdong, Yixiang Li, Liang Wu, Yingmeng Ge, Yichen Zhao, Chen Pan, Wei Wei, Li– Wang, Bin Cheng, Zaichen Zhang, Chuan Zhang, Shi-Jun Liang & Feng Miao
09一款基於環形放大器的10毫瓦、10位元有效位元、1G取樣率的類比數位轉換器
成果論文：A 10-mW 10-ENoB 1-GS/s ring-amp-based pipelined TI-SAR ADC with split MDAC and switched reference decoupling capacitor. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2023, 58: 3576–358576–35
論文作者：Mingtao Zhan, Lu Jie, Yi Zhong & Nan Sun
10應用於高速無線通訊的矽基220 GHz滑動中頻收發晶片組
成果論文：A 220-GHz sliding-IF quadrature transmitter and receiver chipset for high data rate communication in 0.13-μm SiGe BiCMOS. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2023, 58: 1913–1927
論文作者：Zekun Li, Jixin Chen, Huanbo Li , Jiayang Yu, Yuxiang Lu, Rui Zhou, Zhe Chen & Wei Hong
~半導體產業縱橫