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  • 新型“活材料”设计的“IT+BT”新范式
  • 西安交大&华中科大Nat.Commun.:多组元金属间化合物燃料电池催化剂合成新方法
  • 半导体所在反型结构钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展
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台积电 2025技术路线图, FinFlex 和 3DFabric 介绍

半导体世界消息,11月10日,台积电院士兼副总裁LC.Lu做了一个演讲,他在短短26分钟内用数十张幻灯片谈到了实现系统创新。台积电是全球排名第一的半导体代工企业,他们的开放式创新平台(OIP)活动很受欢迎,参加人数也很多,因为所提供的工艺技术和IP对许多半导体设计领域都非常有吸引力。台积电技术路线图显示了到2025年的FinFET和Nanosheet计划的时间表。 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 从N3开始,出现了一种名为FinFlex的新产品,它使用设计技术协同优化(DTCO),有望为节能和高性能等细分市场改进功率、性能和面积(PPA)。借助FinFlex方法,设计人员可以根据其设计目标从三种晶体管配置中进行选择: 3-2 fin blocks,用于高性能 2-2 fin blocks,高效性能 2-2 fin blocks,功率最低,密度最佳 工艺节点N16到N3中使用的Fin块选择的历史如下所示: 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 EDA供应商Synopsys、Cadence、Siemens EDA和ANSYS已经更新了他们的工具以支持FinFlex,并且在单个SoC中,您甚至可以混合使用Fin块选项。沿着时序关键路径,您可以使用高Fin单元,而非关键路径单元可以是低Fin。作为进程缩放优势的示例,Lu展示了一个ARM Cortex-A72 CPU,在N7中实现,具有2个Fin,N5具有2个Fin,最后是N3E具有2-1个Fin: 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 N3E的IP单元来自多家供应商:TSMC、Synopsys、Silicon Creations、Analog Bits、eMemory、Cadence、Alphawave、GUC、Credo。IP准备状态分为三种状态:硅报告准备就绪、硅前设计套件准备就绪和开发中。 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 模拟IP 在台积电,他们的模拟IP使用结构化程度更高的常规布局,这会产生更高的产量,并让EDA工具自动化模拟流程以提高生产率。TSMC模拟单元具有均匀的多晶硅和氧化物密度,有助于提高良率。他们的模拟迁移流程、自动晶体管大小调整和匹配驱动的布局布线支持使用Cadence和Synopsys工具实现设计流程自动化。 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 模拟单元可以通过以下步骤进行移植:原理图移植、电路优化、自动布局和自动布线。例如,使用模拟迁移流程将VCO单元从N4迁移到N3E需要20天,而手动方法需要50天,速度快了2.5倍。 3D布料 台积电需要考虑三种类型的封装: 二维包装 InFO_oS InFO_PoP 2.5D包装 CoWoS 3D包装 芯片 InFO-3D 3DFabric中有八种包装选择: 台积电2025技术路线图,FinFlex和3DFabric介绍 最近使用SoIC封装的一个例子是AMD EPYC处理器,这是一种数据中心CPU,它的互连密度比2D封装提高了200倍,比传统3D堆叠提高了15倍,CPU性能提高了50-80%。 3D IC设计复杂性通过3Dblox解决,这是一种使用通用语言实现EDA工具互操作性的方法,涵盖物理架构和逻辑连接。四大EDA供应商(Synopsys、Cadence、Siemens、Ansys)通过完成一系列五个测试用例,为3Dblox方法准备了工具:CoWoS-S、InFO-3D、SoIC、CoWoS-L 1、CoWoS-L 2. 台积电通过与以下领域的供应商合作创建了3DFabric联盟:IP、EDA、设计中心联盟(DCA)、云、价值链联盟(VCA)、内存、OSAT、基板、测试。对于内存集成,台积电与美光、三星内存和SK海力士合作,以实现CoWoS和HBM集成。EDA测试厂商包括:Cadence、西门子EDA和Synopsys。IC测试供应商包括:Advantest和Teradyne。 概括 AMD、AWS和NVIDIA等半导体设计公司正在使用3DFabric联盟,随着2D、2.5D和3D封装的使用吸引了更多的产品创意,这个数字只会随着时间的推移而增加。台积电拥有世界一流的DTCO工程团队,国际竞争足以让他们不断创新新业务。数字、模拟和汽车细分市场将受益于台积电在FinFlex上宣布的技术路线图选择。3D芯片设计得到3DFabric联盟中聚集的团队合作的支持。

2023-02-09  (点击量:4393)

190.6亿元!日本政府再花重金补贴半导体厂商

日本经济产业省公开表示,为扶持日本半导体产业,保障日本国内的纯电动汽车(EV)等半导体产业链的稳定供应,增添了在经济安全保障推进法中列为“特定重要物资”的通用半导体的支援内容。据悉,本次补贴将动用2022年度第2次补充预算的1.3万亿日元(约合672.1亿元人民币)中的3686亿日元(约合190.6亿元人民币)。至此,日本政府将总共投资约2万亿日元(约合1034亿元人民币)用于发展半导体产业。 据了解,日本经济产业省此次颁布的补贴以在日本投资建厂的企业为对象,无论是否为日本企业。主要针对制造纯电动汽车搭载的控制电压和电流的功率半导体、控制汽车行驶的MCU、将热和声音转化为数字信号的模拟半导体等电动车用半导体厂商,补贴率最多为1/3。半导体制造设备的补贴率同样定为最多1/3,稀有气体等半导体原料则定为最多1/2。但要求受到援助的企业必须持续生产10年以上,并且在各类产品供不应求时,优先向日本境内企业供货。 此前,日本政府还宣布向日本半导体厂商Rapidus提供700亿日元(约合36.2亿元人民币)的初始资金,助其建厂和购买生产设备。近日,Rapidus总裁小池敦义表示,Rapidus将在2025年上半年之前建造一条2纳米半导体原型产线。但还需要大约7万亿日元(约合3610亿元人民币)的资金,才能在2027年左右开始大规模生产先进的逻辑芯片,希望日本政府的持续投资。

2023-02-09  (点击量:4075)

新型“活材料”设计的“IT+BT”新范式

11月27日,中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所钟超课题组、周佳海课题组与深圳未知君谭验团队合作在Nature Chemical Biology上发表设计新型“活材料”的“IT+BT”新范式,题为Accelerating the design of pili-enabled living materials using an integrative technological workflow。该工作通过联合生物信息学、结构生物学和合成生物学的技术方法,实现了对合成特定生物聚合物菌株的高通量挖掘和筛选、生物聚合物组装机制的解析以及新型“活材料”的理性设计,搭建出快速开发新型“活材料”的“IT+BT”新范式。中国科学院深圳先进技术研究院黄园园助理研究员为本文第一作者,中国科学院深圳先进技术研究院钟超研究员、周佳海研究员和未知君的谭验博士为文章共同通讯作者。另外深圳先进技术研究院的科研助理吴彦霏和博士生王杰,深圳未知君的胡函博士和童邦卓工程师,深圳先进技术研究院李楠研究员团队,上海蛋白质中心的彭超研究员和殷跃以及钟超研究员团队的其他同学也对该工作也做出了重要贡献。 工程“活材料”(ELMs),是合成生物学与材料科学领域交叉发展衍生出的新兴领域。自组装的活体功能材料是当前”活材料”的重要组成部分,它由细胞和其自编程的生物聚合物共同组成。自组装的活体功能材料具有自生长、自适应、可进化等“活”的生命属性,并在生物传感、生物修复、疾病治疗和智能材料制备等领域表现出广阔的发展前景。然而,在当前自组装的活体功能材料的开发中,具有可编程生物聚合物基元的底盘细胞匮乏,使构筑具有更多功能且能满足不同应用场景的微生物“活材料”受限,并成为阻碍ELMs领域进一步发展的重要因素。 为了解决上述瓶颈,首先钟超研究团队与深圳未知君谭验博士团队合作开发出了软件BBSniffer,用于挖掘自然界中具有合成特定生物聚合物菌株,并为用户推荐出可用于下一步工程新型“活材料”的底盘细胞。用户仅需在软件中输入感兴趣的生物聚合物(包括蛋白质、多糖和其他生物聚合物)相关的专业术语,BBSniffer就可以从庞大的细菌基因组数据库中,搜索出合成相关生物聚合物基因簇的所有菌株,并通过软件内置的细菌分类数据库对菌株进行致病菌、工业菌株和其它菌株的分类及打分后,便可为用户生成用于下一步工程新型“活材料”的候选菌株参考列表。 研究团队以“共价交联型菌毛”作为示例,对自然界中合成此类蛋白质纤维的菌株进行筛选和分类后,挖掘出102株工业菌株中具有合成共价交联行菌毛的基因簇;通过对挖掘到的工业菌株进行进化树分析后,生成相对于参考菌株(研究共价交联型菌毛中的模式菌株,致病菌白喉杆菌)的亲缘关系距离打分文件;根据距离打分文件,BBSniffer生成包含有候选菌株培养条件、是否可编辑等信息的打分列表。研究者根据BBSniffer生成的候选菌株列表,选取易培养且基因组可编辑的工业菌株谷氨酸棒状杆菌ATCC14067,作为下一步开发基于共价交联型菌毛的新型微生物“活材料”的底盘细胞。 新型生物聚合物的组装机制解析对其进一步的工程改造有着非常重要的意义。因此,研究者以BBSniffer推荐的工业菌株谷氨酸棒状杆菌作为研究对象,通过基因敲除和形貌表征的方法,揭示了BBSniffer挖掘出的谷氨酸棒状杆菌中共价交联型菌毛(Spa菌毛)是由次要蛋白Spa1,Spa2和骨架蛋白Spa2共同组成。然后通过质谱鉴定,揭示了分选酶催化Spa2单体间缩合,形成分子间的异肽键,实现骨架蛋白单体间的聚合。此外,通过联合质谱鉴定、X-ray晶体衍射技术和体内验证实验,揭示了Spa2蛋白单体内的三对分子内异肽键和二对二硫键在纤维形成中的重要作用。 在对Spa菌毛纤维形成机制解析的基础上,研究者对Spa菌毛的骨架蛋白Spa2进行理性设计,构建出了基于Spa菌毛的新型可编程细胞外蛋白质支架。首先,研究者尝试将mCherry分别融合在Spa2的信号肽之后以及不含二硫键的M-domain的不同loop区域,结果表明这些位点都能够装载mCherry并可以形成纤维结构;此外,通过在Spa2上装载不同类型/大小的功能性肽段/蛋白/酶,也能够在细胞外形成具有对应功能的纤维。而后,研究者通过将Spa2单体同时融合分割的绿色荧光蛋白Venus的氨基端和羧基端,结果发现重组的细胞表面实现了荧光的互补,这表明可编程的Spa菌毛蛋白支架也可以用于细胞外多个蛋白的共组装。 以上的研究表明,可编程的Spa菌毛能够对多个蛋白共组装,有望应用于细胞外的酶促级联反应中。因此,研究者通过在骨架蛋白Spa2上融合多个纤维素酶,实现了在体外将粘稠的纤维素降解为细胞可以利用的葡萄糖;此外,通过工程工业菌株谷氨酸棒状使其具有生产番茄红素的能力。研究者通过结合工程细胞具备的细胞外降解纤维素为葡萄糖的能力,和细胞内具备的转化葡萄糖为高附加值化合物的能力,构筑出具有将废弃物转化为高附加值化合物的新型活体功能材料。 综上所述,该研究通过利用IT技术,实现了对自然界中生产生物聚合物菌株的的挖掘、分类以及分析,可以快速为用户找到易工程的非致病菌株作为新型“活材料”构筑的底盘细胞;通过BT技术,实现对挖掘到的底盘细胞中生物聚合物机制的解析,推进可编程生物聚合物的设计,并实现新型“活材料”的快速构筑。该研究为新型“活材料”的开发提供了“IT+BT”的新范式,并将加速新型“活材料”的开发。 该工作获得了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、深圳市材料合成生物学重点实验和广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持以及深圳市微生物药物智能制造重点实验室、深圳先进技术研究院与未知君共同创立的“BT-IT材料创新”联合实验室(https://mp.weixin.qq.com/s/mnoA0-iZeDGMVi3Tjrh3Ig)、深圳合成生物学创新研究院和定量合成生物学重点实验室等平台的支持。感谢国家蛋白质科学研究设施(上海)BL19U1线站的工作人员在晶体衍射数据收集中的支持与帮助,同时也感谢武汉大学范成鹏老师对结构解析的指导与帮助。

2023-12-05  (点击量:1473)

半导体所在反型结构钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展

钙钛矿太阳能电池被认为是未来最具潜力的光伏技术之一。过去十多年,高光电转换效率的钙钛矿电池大多采用n-i-p正型器件结构,但处于电池顶层的常用p型有机小分子Spiro-OMeTAD存在易吸水以及热稳定性较差等问题,严重制约了钙钛矿太阳能电池稳定性的发展。反型结构(p-i-n)钙钛矿太阳能电池采用稳定的n型金属氧化物如SnO2和低载流子复合损失的p型自组装分子(SAM)分别作为电子和空穴传输层,可兼得器件的效率和稳定性,最近几年受到极大关注。然而厚度仅为几纳米的SAM层存在大面积均匀生长困难的重大挑战,影响了钙钛矿电池的重复性和高效大面积化发展。 近期,中国科学院半导体研究所游经碧研究员带领的团队在p-i-n反型结构钙钛矿太阳能电池的p型空穴传输层设计和可控生长等方面取得重要进展。该团队创新性地在透明导电衬底FTO和SAM层之间引入溶液法制备的p型氧化镍(NiOx)纳米颗粒,显著增强了SAM的自组装能力。同时通过同质化NiOx纳米颗粒,成功实现了在均匀致密NiOx薄膜表面上SAM的大面积均匀可控制备(图1),有效解决了此前分子直接在透明导电衬底上组装不完美导致的缺陷复合和电荷输运损失的问题。基于高质量NiOx/SAM复合空穴传输层,游经碧团队研制出认证效率为25.2%(0.074平方厘米)和模组效率为21%(14.6平方厘米)的反型钙钛矿太阳能电池。电池在无封装条件下,经过最大功率输出点持续运行1000小时以及85摄氏度加速老化500小时,均保持初始效率85%以上(图2)。该工作为高效稳定钙钛矿电池的研究提供了一个普适的策略,将为钙钛矿电池高良品率大面积制备及产业化发展奠定坚实基础。 此项研究成果以“Homogenized NiOx nanoparticles for improved hole transport in inverted perovskite solar cells”为题,以“first release”形式在线发表于《科学》(Science)期刊,DOI:10.1126/science.adj8858,半导体所博士生余诗琪和博士后熊壮为该论文的共同第一作者,博士后周海涛和博士生张谦分别为论文的第三、四作者,游经碧研究员为该论文的通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的资助。 图1、(A-C)NiOx纳米颗粒同质化前后的高分辨透射电子显微镜照片以及尺寸分布情况比较,(D-F)自组装分子层(SAM:Me-4PACz)在透明导电衬底FTO、FTO/NiOx以及FTO/同质化NiOx上的表面电势分布情况。 图2、(A-B)采用不同空穴传输层构建的反型钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线以及相关电池正向/反向扫描的电流-电压曲线,(C)面积为14.65平方厘米的钙钛矿电池模组的电流-电压曲线,插图为模组电池实物照片,(D)未封装的小面积电池在最大功率输出点的稳定性追踪测试,样品表面温度为50摄氏度。

2023-11-27  (点击量:1332)

打造石墨烯产业创新高地 这个中心非比寻常

工业和信息化部批复组建国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心等3家国家制造业创新中心。其中,国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波。   那么,这个创新中心今后对科研成果转化,以及产业发展有何重大意义?   布局:制定石墨烯产业技术路线图   “面向国家重大需求和行业发展现实需求,国家石墨烯创新中心将针对石墨烯产业发展的薄弱环节,结合石墨烯制造业高质量发展的必然要求,坚持有所为有所不为的原则,制定了石墨烯产业技术路线图。”11月10日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员、国家石墨烯创新中心主任刘兆平在接受科技日报记者采访时表示。   刘兆平介绍,这个技术路线图围绕制约石墨烯产业发展的石墨烯材料规模化制备、石墨烯材料产业化应用和石墨烯行业质量等三方面关键共性技术问题开展研发攻关,实施石墨烯规模化制备与产业化应用技术创新能力提升工程,并不断增强石墨烯产业技术基础公共服务能力。   为了助推我国石墨烯产业创新发展,“国家石墨烯创新中心将围绕事关我国产业、经济和国家安全的新能源、工业节能、航空航天、电子信息、海洋工程、新材料技术等若干重点领域,建设研发设计中心、行业服务中心、协同创新基地、国际合作基地等四大能力平台,开展关键共性技术攻关、测试验证、中试孵化及行业公共服务等创新能力建设,突破技术成熟度4-7级的石墨烯产业关键共性技术和基础前沿技术,通过融合各创新要素实现技术转移扩散和首次商业化,支撑打造贯穿石墨烯领域创新链、产业链、资金链、人才链、价值链的创新体系。”刘兆平说。   目标:为制造强国提供高质量原材料支撑   当前,世界各国纷纷加大对石墨烯产业布局力度。   “国家石墨烯创新中心的成立非比寻常,堪称中国石墨烯产业发展的里程碑!”国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、石墨烯产业技术创新战略联盟理事长李义春感言。   李义春指出,新材料从研发到应用,周期往往长达十几年甚至几十年,对于“新材料之王”石墨烯,更是如此。国家石墨烯创新中心的获批,让有家国情怀的石墨烯企业家吃上“定心丸”,为石墨烯产业高质量发展注入“强心剂”,有利于加快构建推动石墨烯产业高质量发展的标准体系,加强石墨烯产业创新能力,促进石墨烯材料应用能力,提升高端产品有效供给能力,推进产业基础高级化、产业链现代化,强化对战略性新兴产业和国家重大工程的支撑能力,为制造强国建设提供高质量的原材料支撑。   据了解,国家石墨烯创新中心的股东单位充分汇聚浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。如何同地方一起推动创新中心加快建设?   “要积极探索建立一体化高效运行的新机制,打造石墨烯产业创新联合体,开展跨区域、跨领域的协同创新与开放合作,推动创新要素在更大范围畅通流动,在石墨烯产业发展的聚集地布局协同创新基地,国际合作基地,着力构建开放合作、覆盖全国的‘强核多点’协同创新网络体系。”李义春答道。   最后,李义春表示,依托石墨烯联盟的全球石墨烯朋友圈,我们今后将加强同海外石墨烯创新资源方的交流合作,集聚全球创新要素,全力做强创新引擎,培育发展新动能,建设具有全球竞争力的开放创新生态,全力打造具有世界影响力的石墨烯产业创新高地。

2022-11-11  (点击量:1080)

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