8項突破性研究成果，看當(dāng)今電子學(xué)研究的深度和廣度

 在日前于比利時舉行的年度Imec技術(shù)論壇(Imec Tech Forum；ITF)上，來自全球的研究人員深入探討多項項目的最新研究進(jìn)展，反映當(dāng)今電子學(xué)研究的深度和廣度，包括進(jìn)一步探索先進(jìn)CMOS技術(shù)背后的分子物理學(xué)，以及對于最新技術(shù)政策的辯論等。

由于“歐盟通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例”(GDPR)上路，Imec研究人員展示雷達(dá)作為監(jiān)控攝影機(jī)的替代方案，在保護(hù)個人身份的前提下提供數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)瞄準(zhǔn)用于智能建筑、偵測并追蹤移動的機(jī)器人，以及人類的呼吸和心率等生命征象。

相較于大多數(shù)的攝影機(jī)，雷達(dá)可在黑暗中運作、提供3D影像數(shù)據(jù)，而且更易于融入環(huán)境中。然而，雷達(dá)的成本較高，部份原因就在于其產(chǎn)量較低。

研究人員的展示包括7GHz和77GHz雷達(dá)，分別使用各種不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來追蹤機(jī)器人的動作。不過，哪些頻率最適于智能建筑用雷達(dá)，至今仍不明朗。

Imec物聯(lián)網(wǎng)(IoT)總監(jiān)Katherine Philips表示：“目前仍然充斥著多種選擇，但卻沒有進(jìn)一步的監(jiān)管或標(biāo)準(zhǔn)化給予指導(dǎo)方向——而且市場也還在不斷涌現(xiàn)中。”

雷達(dá)信號可用于檢測心跳和呼吸，但并未達(dá)到醫(yī)學(xué)級的準(zhǔn)確度（來源：Imec）

提升無線組件速度

Imec描述了一項探索三五族(III-V)工藝和新電路設(shè)計的新計劃，以打造更快、更高效且仍兼容于CMOS工藝的射頻(RF)組件。該技術(shù)旨在服務(wù)從5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)到太赫茲(THz)成像的廣泛應(yīng)用。

研究人員致力于這方面的努力，有一部份是受到需要更小蜂窩前端模塊以支持越來越多頻段的驅(qū)動。此外，其目標(biāo)也在于減少相控數(shù)組中所需的天線數(shù)量。

Imec高速模擬RF計劃經(jīng)理Nadine Collaert表示：“蜂窩系統(tǒng)所需的開關(guān)、功率放大器(PA)和濾波器數(shù)量似乎每一世代都會增加一倍，如今，5G還增加了毫米波(mmWave)的支持。”

該計劃體認(rèn)到CMOS已無法跟上所要求的速度，但I(xiàn)II-V族工藝技術(shù)看來則有較好的發(fā)展前景。例如，她說，氮化鎵(GaN)“可應(yīng)用于基地臺，我們認(rèn)為這對于‘毫米波’小型蜂窩基地臺以及甚至是手機(jī)來說都是非常重要的。”

該研究計劃尋求透過CMOS整合更多新工藝和設(shè)計的方式。它將探索諸如使用混合3D電路堆棧等技術(shù)。

到目前為止，Imec為該計劃招集了四家代工廠和無晶圓廠合作伙伴。該研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，這項計劃將在高速有線網(wǎng)絡(luò)、成像和60GHz以上蜂窩回程網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)衍生的更多優(yōu)勢。

另一項研究計劃由位于佛羅里達(dá)州奧西歐拉郡(Osceola County, Florida)的Imec實驗室進(jìn)行開發(fā)，致力于打造一款可調(diào)諧0～1.3-THz成像系統(tǒng)的原型。其目標(biāo)在于大幅削減當(dāng)今雷射掃描儀的成本達(dá)一半以上，使其得以用于檢測從消費品包裝到核電廠螺紋鋼筋等各種用途。

為了滿足未來所需要的速度，RF組件必須升級到使用III-V族材料，且仍然兼容于CMOS工藝

為固態(tài)鋰電池充電

業(yè)界對于電動車(EV)市場加速進(jìn)展的預(yù)期，推動著對于更密集、更安全的電池興趣。Imec目前正與業(yè)界伙伴合作，在當(dāng)今的鋰離子電池中采用硅作為陽極替代石墨，從而提高了50%的密度。

鋰離子預(yù)計即將達(dá)到硅陽極的極限。下一個重大的飛躍進(jìn)展是最終在固態(tài)電池中使用鋰金屬。有鑒于目前面對的各種研究障礙，這種電池可能還有十多年的時間才能開發(fā)出來。

材料工程師正在研究陽極和陰極材料之間的新型功能涂層。這種涂層可作為離子與電子之間的接口，用于延長其密度并加快充電時間。
比利時一家擁有電池專業(yè)知識的材料和回收公司Umicore，展示其電池技術(shù)的開發(fā)藍(lán)圖（來源：Umicore）

LoRa打造防洪監(jiān)控利器

Imec資深研究員Johan Bergs展示了目前部署于比利時安特衛(wèi)普(Antwerp)北部的一個測試系統(tǒng)，關(guān)鍵在于其中利用15個LoRa節(jié)點。該LoRa網(wǎng)絡(luò)可在洪水開始襲卷城市供水系統(tǒng)之前，實時且準(zhǔn)確地向第一緊急應(yīng)變中心發(fā)出警報。

這只是Imec和市政府之間廣泛合作的案例之一，它使Antwerp成為專注于物聯(lián)網(wǎng)計劃的一座開放實驗室。它在法蘭德斯(Flanders)地區(qū)建構(gòu)的開放數(shù)據(jù)準(zhǔn)則管理下順利運作。

LoRa網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入比利時Antwerp智能城市的試點計劃

智能手機(jī)屏幕上的指紋…

想象一下，如果您的手指觸摸了手機(jī)顯示器表面的任何部份，就可以解鎖智能手機(jī)，那么它其實已經(jīng)具備收集您的心率等各種資料的能力了。這正是Imec研究人員在實驗室中追求的顯示技術(shù)概念——這種顯示器技術(shù)能夠在AMOLED上產(chǎn)生每平方英吋超過1,000個像素。

Imec正為這種顯示器原型研究新型讀取電路——該顯示器是在緊鄰OLED旁制圖薄膜光電探測器而制造的。目前，至少有兩家智能手機(jī)制造商參與了這項計劃。

Imec的研究方法還可用于解決掌紋問題

低成本液體冷卻技術(shù)

Google最近宣布使用液體冷卻技術(shù)支持其最新的人工智能(AI)加速器。預(yù)計其他業(yè)者可能也需要類似的熱支持技術(shù)，因此，Imec研究人員開發(fā)了一種能以3D打印打造的塑料組件。

研究人員聲稱，這種塑料組件可以提供較當(dāng)今技術(shù)更高五倍的熱釋放效率，因為它可以將液體直接輸送至封裝中，而無需使用一般的中介熱層。

液體冷卻器現(xiàn)在也能以3D打印塑料組件打造

回歸原子級

Imec研究人員Sergiu Clima在荷語天主教魯汶大學(xué)(KU Leuven)取得材料模擬和分析博士學(xué)位后加入該研究機(jī)構(gòu)，開始探索影響先進(jìn)CMOS工藝的各種分子級現(xiàn)象。當(dāng)時，代工廠才開始采用極紫外光(EUV)微影技術(shù)打造接近20nm的特征尺寸。

Imec研究人員Sergiu Clima很早就開始以模擬途徑探索納米級效應(yīng)

渲染逼真的全息圖

在遙遠(yuǎn)的銀河系中，投射出莉亞公主(Princess Lei)的全息圖仍然是不可知的未來。但是，在Imec鄰近的大學(xué)中，教授Peter Schelkens正在探索實現(xiàn)這一目標(biāo)的道路。

Schelkens展示使用計算機(jī)產(chǎn)生的影像和全息編譯碼器打造數(shù)字全息圖的最新進(jìn)展，這項計劃有助于使Denis Gabor在1948年首次發(fā)現(xiàn)的技術(shù)向前邁進(jìn)一大步。

如今，全息圖已經(jīng)用于顯微鏡，但來自微軟(Microsoft)和英偉達(dá)(Nvidia)等公司的宏觀全息圖仍然使用相對較小的像素集。計算、傳輸和渲染逼真的Princess Leia所需的密集像素云，為Schelkens等學(xué)者帶來了諸多挑戰(zhàn)。

以64K x 64K分辨率顯示的粗略全息圖