“纳米积木”（原子层范德华纳米材料及其异质结构），就是把不同的层状材料的单层或少层分离出来，像搭积木一样，通过堆叠、旋转等方式，设计特定的形状或结构，形成一个自然界中不存在的 “人造晶体”。
山西大学光电研究所韩拯就是玩转 “纳米积木” 的一位年轻教授，他通过设计特殊的结构，借用传统半导体器件的范例，在微纳米尺度新型半导体结构，展示了二维层状材料垂直组装电子器件的诸多新奇物理现象。
韩拯和合作者首次利用二维原子晶体替代硅基场效应鳍式晶体管的道沟材料，在实验室规模演示了目前世界上沟道宽度最小的鳍式场效应晶体管，将沟道材料宽度减小至 0.6 纳米。同时，获得了最小间距为 50 纳米的单原子层沟道鳍片阵列。
此外，他带领的研究团队首次报道的二维本征铁磁半导体自旋场效应器件，为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了指导意义。
图 | 《麻省理工 科技 评论》“35 岁以下 科技 创新 35 人” 2020 年中国区榜单入选者韩拯
凭借上述研究成果，韩拯成功入选 “35 岁以下 科技 创新 35 人”（Innovators Under 35）2020 年中国区榜单，获奖理由为用二维功能材料制造新型的纳米电子器件，以新型的原子层次制造路线突破半导体工艺，为后摩尔时代晶体管工艺寻找新方案。
铅笔芯的主要成分是石墨，是典型的范德华材料。由于石墨中碳原子层与层之间的范德华结合力较弱，在纸上写字过程当中笔尖上“蹭”下来的二维碳纳米片，就成为了宏观下人们看到的字迹。直到 2000 年左右，英国曼彻斯特科学家安德烈・海姆（Andre Geim，AG）和康斯坦丁・诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）首次把石墨的单原子层（约 0.3nm 厚）分离了出来，并因此获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。
韩拯以此为灵感，对物理、材料工程、微观世界等科学领域愈发好奇，这也跟他的成长经历息息相关。
韩拯是江苏人，本科考入吉林大学物理学院，开始核物理专业学习。之后考入中国科学院金属研究所材料学硕士专业。2010 年，他在法国国家科学中心 CNRS 下属的 NEEL 研究所攻读纳米电子学与纳米 科技 博士学位。其导师对于他的评价是：“年轻躁动、充满创新活力。”
之后他作为博士后，在美国哥伦比亚大学物理系，从事范德华人工异质结构的维纳器件量子霍尔效应和电子光学等物理性能研究。
“随着对自身行业的不断深入了解和研究，渐渐地进入了角色，也爱上了科研。” 韩拯告诉 DeepTech。
期间，他作为共同第一作者，完成了二维d道输运电子在 pn 结界面的负折射工作，为实现新的电子开关创造了基础，被 Physics World 杂志评为 2016 年度十大物理学突破之一。
在 2015 年 9 月，而立之年的韩拯决定回国，之后一直在中国科学院金属研究所开展新型人工纳米器件的量子输运调控研究。
对于他而言，在研究当中最享受和最开心的事莫过于，本来一个不太明白的事，不断地通过数据积累与同行讨论之后把它弄明白。
之后，韩拯团队以少数层二硫化钼为研究体系，利用超薄（少数原子层）的六方氮化硼（h-BN）作为范德华异质结的隧穿层，系统开展了隧穿晶体管器件研究。
图 | 硫化钼隧穿晶体管光学照片（比例尺 5 微米）、多工作组态整流效应、以及垂直方面切面图
通过在金属和半导体 MoS2 界面之间引入隧穿层 h-BN，可有效降低界面处的肖特基势垒，从而实现通过局域栅电极对通道 MoS2 费米能级的精确静电调控。所获得的 MoS2 隧穿晶体管仅通过门电压调控，即可实现具有不同功能的整流器件，包括 pn 二极管、全关、np 二极管、全开器件。
这项工作首次将双向可调的二极管和场效应管集成到单个纳米器件中，为未来超薄轻量化、柔性多工作组态的纳米器件提供了研究思路。
之所以选择纳米新材料这个方向，除了自身专业背景之外，更重要的是韩拯对科学一直抱有好奇心。
对此，韩拯表示：“硬盘的读写速率速度越来越跟不上 CPU 的运行速度，如果能把它俩合到一起去做存算一体，可以提高计算机的性能。最直接的方法就是把硅半导体与磁复合到一起，变成一个磁性半导体。”
韩拯团队采用惰性气氛下原子层厚度的垂直组装，发现 3.5nm 厚的 Cr2Ge2Te6 材料在铁磁居里温度以下能够保持优秀的载流子导通性，并且能够实现电子与空穴的双极场效应。该型纳米器件在门电压调控下，磁性亦能得到有效调控，并且与电输运相仿，存在双极门电压可调特性。
“磁性的来源是电子自旋和自旋之间的相互作用。目前，人们发现的室温铁磁性基本上要么在金属当中，要么在绝缘体当中，半导体的磁性很难维持到室温。科学家们一直在积极研究寻找室温下堪用的磁性半导体。” 韩拯告诉 DeepTech。
少数层 Cr2Ge2Te6 是目前已知的首个拥有内禀自旋和电荷态密度双重双极可调特性的二维纳米电子材料，这为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了一定的指导意义。
例如，来自新加坡国立大学的研究团队在该研究基础上，进一步加强了离子掺杂胶的载流子浓度，将少数层 Cr2Ge2Te6 的铁磁居里温度增强了 4 倍，达到 250K（零下 25 摄氏度）温度。
除此之外，韩拯与合作者首次针对具有巨大面内电导率各向异性的二维材料碲化镓，通过垂直电场实现了对该各向异性电阻率比值的调控，从 10 倍调控至高达 5000 倍，该数值为目前已知二维材料领域里报道的最高记录。
这意味着发现了电子世界的 “交通新规”：在晶格传输过程中，受外电场的影响，电子的导电特性沿着不同方向表现出了一定的差异。
也就是说，如果将电子传输通道比喻成两条垂直的繁华街道。当没有电场时，一条是另一条通过率的 10 倍左右。一旦施加一定强度的外电场，这两条 “车道” 上的电子通过率差别可高达 5000 倍。
站在科幻角度来描述，这种材料可以制作成为一种新型各向异性存储器，当该存储器中一次性写入的数据，沿其中一个方向读取出来的是一本小说，而沿另一个方向读取出来的，则是一部电影。
发现的二维极限 GaTe 纳米电子器件展示出了门电压可调的、面内巨各向异性电阻效应（Giant Anisotropic Resistance），为实现新型各向异性逻辑运算、存储单元、以及神经元模拟器件等提供了可能。
之后，韩拯与合作者湖南大学刘松教授、金属研究所孙东明教授等人，首次提出了利用二维原子晶体替代硅基场效应晶体管 FinFET 的 fin 的沟道材料，通过模板生长结合多步刻蚀的方法，制备出了目前世界上沟道宽度最小的（0.6nm）鳍式场效应晶体管（FinFET），也是目前世界上最薄的鳍式晶体管。
FinFET 是一种为了解决由于进一步集成化需求，硅基平面场效应晶体管的尺寸被进一步缩小所引起的短沟道效应等问题，采用将沟道和栅极制备成 3D 竖直形态的鳍（fin）式晶体管。然而，受限于目前微纳加工的精度，报道的硅基 FinFET 沟道宽度最小约为 5nm。
该团队采用自下而上 Bottom-up 的湿法化学沉积，在高度数百纳米台阶状的模板牺牲层上连续保形生长单层二维原子晶体半导体，最终将 FinFET 的沟道材料宽度缩小至单原子层极限的亚纳米尺度（0.6 nm），几乎达到物理极限。
同时，采用多重刻蚀等微纳加工工艺，基于此制备演示了最小间距为 50 nm 的单原子层沟道鳍片阵列，为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。
在工业界，尤其在半导体工业，大家都希望芯片的尺度越来越小，性能越来越高。FinFET可以把平面通道变成站立通道，这样就节约了大量的空间，如此一次就能在更小的面积里，储存更多的芯片或运算单元。
简单来讲，韩拯其主要研究的是功能材料在尺寸非常非常小的时候，有哪些有趣的物理性质和新奇的物理行为，并进一步利用这些有趣的物理现象，来组装制造成纳米尺度下的低功耗、多功能、智能化的小型电子器件。
事实上，一些范德华材料已经在例如透明柔性电子、能源催化等诸多性能方面超越了传统材料，具有诱人的发展前景。
“团队目前虽然以基础研究为主，但也正在逐渐努力从实验室走向应用，我们需要进一步在原始创新以及与应用研究交叉结合等方面多下功夫”。如何实现从零到一的创造发明，并不断加强研究的深度，将是韩拯团队后续工作中的首要目标。
“我们知道这很难，但是仍然要努力学习做一名孤独的研究者，一方面，是静下心来钻研的孤独，另一方面，则是在创新创造上独树一帜。” 韩拯告诉 DeepTech。
在下一阶段，韩拯表示将继续深耕纳米积木领域，专注在新原理、新结构、新制造方式等科学目标。用自下而上、原子层次制造的路线，与目前主流的自上而下半导体工艺相结合，从而展现更多的可能性。
相信在摩尔定律行将失效不久的将来，小尺寸的突破口，一定出现在纳米制造领域，例如自组装、生物模版、原子层次 3D 打印等等。
2019年华为实体名单事件以来，核心技术自主可控成为共识。从上游的半导体材料、设备，到中游设计、制造及封测领域，都成为政策和资本培养与扶持的对象。
2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》指出，中国芯片自给率要在2025年达到70%，而目前我国半导体自给率仅36%，任重而道远。
综合各家机构研报的分析，可梳理出国内半导体行业的各大龙头：
{1}沪硅产业：国内半导体硅片龙头
公司主营业务为半导体硅片的研发、生产和销售，是我国大陆地区规模最大和技术最先进的半导体硅片制造企业之一，也是我国大陆地区率先实现SOI硅片和300mm硅片规模化销售的企业。公司拥有众多国内外知名客户，包括台积电、台联电、格罗方德、意法半导体、Towerjazz 等国际芯片厂商以及中芯国际、华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、长鑫存储、华润微等国内所有主要芯片制造企业，客户遍布北美、欧洲、中国、亚洲其他国家或地区。
{2}南大光电：光刻胶国产替代龙头
半导体光刻胶目前国内自给率极低，供给端基本被日美企业垄断，行业前五市占率达87%。其中g线/i线光刻胶自给率约为20%，KrF光刻胶自给率不足5%，而ArF光刻胶完全依赖进口，对我国芯片制造形成“卡脖子”风险。公司继去年12月通过50nm闪存平台认证通过后，近日又再次获得55nm逻辑电路平台认证，成为国内通过产品验证的第一只国产ArF光刻胶，打破了国内先进光刻胶受制于人的局面。公司目前已完成两条光刻胶生产线的建设，预计未来光刻胶年产能达25吨（干式5吨和浸没式20吨）。
{3}华特气体：国内特种气体龙头企业
公司作为国内特种气体龙头企业， 已实现了高纯四氟化碳、高纯六氟乙烷、高纯八氟环丁烷、高纯三氟甲烷、稀混光刻气等 20 多个产品的国产替代。公司在集成电路领域，对 8 寸芯片厂商的覆盖率达 80%以上， 2020 年年内也已基本覆盖了内资 12 寸芯片厂商，同时有多个产品实现了 14 纳米先进工艺的批量工艺， 其中高纯三氟甲烷产品已进入台积电 7 纳米工艺的供应链体系，部分氟碳类产品已进入目前最为先进的 5 nm 工艺产线中。
{4}安集科技：国内抛光液龙头企业
公司主要产品是化学机械抛光液和光刻胶去除剂，应用于集成电路制造，是国内抛光液龙头企业，主要客户包括中芯国际、长江存储，台积电、联电等。
{5}鼎龙股份：国内抛光垫产品和技术布局最完善的供应商
公司已通过 28nm 产品全制程验证并获得订单，市场布局方面已形成了北方（北京，天津） -武汉-合肥-上海（无锡） -重庆（成都） -广东-厦门的完整销售链体系，目前公司 CMP 抛光垫已全面进入国内主流晶圆厂的供应链体系，产品型号覆盖率接近 100%。受益于公司技术、市场布局等优势， 21 年抛光垫产品在多个客户开始稳步放量，市场份额不断扩大。
{6}江丰电子：国产溅射靶材龙头
公司是国内最大的半导体芯片用高纯溅射靶材生产商。公司主要产品为各种高纯溅射靶材，包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等，这些产品主要应用于超大规模集成电路芯片、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积(PVD)工艺，用于制备电子薄膜材料。目前，公司产品主要应用于半导体、平板显示器及太阳能电池等领域。在超大规模集成电路用高纯金属靶材领域，公司成功打破美国、日本跨国公司的垄断格局，填补了国内电子材料行业的空白。公司已经逐步建立了高品质、高纯度溅射靶材专业生产商的良好品牌形象。
{7}康强电子：国内半导体封装材料龙头
公司主营半导体封装材料行业。公司是我国规模最大引线框架生产企业，有32台高精度自动高速冲床、17条引线框架高速全自动选择性连续电镀生产线，连续多年在引线框架产量、销量和市场占有率等指标方面国内同行排名居前。
{8}北方华创：半导体国产设备龙头
公司多款产品如硅刻蚀机、金属刻蚀机、PVD/CVD/ALD、氧化扩散炉、清洗机均具备28nm国产替代的能力，主攻的刻蚀机和薄膜沉积设备（PVD、CVD）占半导体设备总体市场规模的近一半，具备较强的核心竞争力。近年公司多款产品不断导入多个晶圆厂的产线，市占率有望不断提升。
{9}中芯国际：大陆晶圆代工龙头
公司是中国大陆技术最先进、产能规模最大的晶圆代工厂商。在技术领域，公司在大陆率先实现14nmFinFET量产，代表集成电路国产替代的最先进制造水平，并拥有24nmNAND、40nmCIS等特色工艺。在产能方面，公司目前有3个8英寸晶圆和4个12英寸晶圆生产基地，合计产能超过50万片/月。
{10}长电科技：国产半导体封测龙头
公司可为客户提供从设计仿真到中后道封测、系统级封测的全流程技术解决方案，已成为中国第一大和全球第三大封测企业。
{11}兆易创新：存储&MCU双龙头
公司作为全球 NOR Flash 的龙头公司之一，市场占有率已跃居全球第三。 随着市场空间与市场份额的同步提升，公司的 NOR Flash销量未来仍有较大的提升空间。
公司作为国内 MCU 市场的龙头公司，2020 年销售接近 2 亿颗， 2021 年公司业绩将伴随着工控等领域的快速放量，迎来快速发展的时期。
{12}景嘉微：GPU国产化龙头
公司图显、雷达产品主要应用于军事装备，在国内机载图显领域占据大部分市场份额，GPU芯片产品正由军用向信创及民用市场拓展。
{13}圣邦股份：模拟电路芯片龙头
公司作为国内模拟 IC 领先企业，通过持续加大研发投入，获得持续快速发展。公司致力于高品质、高性能模拟芯片研发设计与销售，主营业务涵盖信号链和电源管理两大领域，迄今已拥有 25 大类、超过 1600 款在售产品，消费电子、通讯设备、工业控制、医疗仪器、汽车电子等多个领域。
{14}斯达半导：IGBT龙头
公司深耕IGBT模块的研发和销售，作为国内IGBT行业的领军企业，不仅具备先进的模块设计及制造工艺，亦拥有自主研发设计的IGBT芯片和快恢复二极管芯片的能力。在IGBT模块供应商全球市场份额排名中，公司排名第7位，在中国企业中排名第1位，成为世界排名前十中唯一一家中国企业，市场优势地位显著。
[温馨提示]
本文所述观点整合梳理自各大研究报告，仅供参考，不承诺投资收益，不作任何投资依据，投资者应自主作出决策并自行承担投资风险。
激光器的线宽范围一般是多大？
答：普通F-P半导体激光器的线宽一般在1-2nm以内，DFB激光器，光纤激光器和气体激光器线宽非常窄，可以做到MHz级别线宽。
2.激光器有宽带的吗，激光器最大的宽带有多大？
答：有，激光器最大带宽可以做到20nm左右，比如你下面说到的SLD（超辐射半导体激光器）
3.线宽50nm的宽带光源是激光器吗？
答：一般不是，50nm线宽有可能是LED光源，半导体激光器一般不可能有如此宽的带宽。
4.SLD宽带光源是激光器吗?
答：是，见回答2
5.有窄线宽激光器，难道还有宽线宽激光器吗？
答：线宽宽窄是相对的说法，2nm线宽相对于0.0000002nm线宽就是宽带激光器
6.在宽带光源后面加一个滤光片，只通过线宽1nm的光，这束光是激光吗？还是和光源有关，有什么关系呢?
答：不是，激光与普通光源的最大区别在于是不是受激辐射源，激光具有高度的同相性，也就是在同一时刻，所有光子都是同相位的，普通光源做不到，氙灯后面放滤光片，还是普通光源
7.是不是线宽窄了就是激光？
答：不是，激光具有窄线宽的特性，但不仅仅只有这一个特性，满足激光的条件只有一个，就是受激辐射
*************
2019/12/6更正，索雷博公司将其与LED光源一起列为非相干光源，SLD被归类为非相干光源，也就应该不是激光器
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）