1.我国首套直升机航空大地电磁探测系统成功应用

2.新型高熵热敏陶瓷材料研发成功

3.荧光增强94倍！国防科大团队在金属量子点领域取得重要突破

4.化学学院彭海琳课题组与合作者报道首例低功耗二维环栅晶体管

5.南京大学与中国科学院半导体研究所携手深化合作

1.我国首套直升机航空大地电磁探测系统成功应用

记者从中国科学院空天信息创新研究院获悉，我国首套直升机航空大地电磁探测系统近日成功应用于高原铁路建设工程。科研人员利用此系统，完成了对高寒高海拔、地形地貌高度复杂区域的地质勘查，为工程建设提供了重要数据支撑。

“航空大地电磁探测技术，是指利用飞机等航空器搭载的高灵敏度磁场传感器采集地球天然磁场激发下的地下电磁响应信号，并通过数据反演获取地下断层、裂隙、地下水、矿产资源等分布情况。”中国科学院空天信息创新研究院副研究员黄玲说。

据介绍，航空大地电磁探测具有快速、高分辨率、大范围等优势，是资源勘探和工程勘查的重要技术手段，非常适合在高原、复杂地形区、森林、沙漠、沼泽等人类难以进入的区域开展地下探测作业。

我国首套直升机航空大地电磁探测系统由中国科学院空天信息创新研究院研制，团队攻克了高灵敏度磁场传感器、大动态信号接收装置、航空吊舱稳定平台等领域一批关键核心技术，相关技术指标达到国际先进水平。

历时近2个月的勘查任务中，团队在高寒高海拔、环境恶劣的野外勘查作业条件下，顺利完成30余架次、累计5000多公里的航空大地电磁勘查作业任务。

“后续，我们将持续推动航空大地电磁探测系统的迭代发展与技术创新，为国家重大工程建设、矿产资源开发等提供技术支撑。”黄玲说。

2.新型高熵热敏陶瓷材料研发成功

针对航空航天发动机状态监测及新能源汽车热管理系统等高温极端环境下的应用需求，高温热敏传感器需同时具备宽温域稳定性与高灵敏度特性。传统热敏材料在极端温度下易出现性能失稳，而新兴高熵材料通过多元素晶格占据形成的熵稳效应，展现出优异的热/化学稳定性和协同强化机制。但是，高熵材料的强晶格无序性导致载流子迁移率骤降，引发电子散射加剧与电输运性能劣化，制约高温下的电阻-温度响应精度。因此，开发兼顾晶格稳定性与载流子传输效率的新型热敏材料体系，成为突破宽温域高精度传感技术的关键。

中国科学院新疆理化技术研究所科研人员基于氧空位调控机制，开发出具有褐钇铌矿结构的稀土铌酸盐（RENbO4，RE为稀土元素）高熵热敏陶瓷材料，创新性地提出熵工程协同异价取代策略。该策略通过多元稀土离子A位引入导致的熵稳定效应与Sr2+异价掺杂的协同作用，提升了氧空位浓度，优化了材料的电子传输特性和晶格稳定性。研究显示，氧空位诱导的熵稳定机制可同步调控材料微结构，形成孪晶畴、晶格畸变与动态重构等稳定特征，强化了温度-电阻响应的线性度和高温服役稳定性。

通过上述策略制备的高熵热敏陶瓷材料展现出优异的环境适应性，可用于223K至1423K宽温区，兼具高的热稳定性（1000小时后老化漂移率<1%）和电阻温度系数（1423K条件下系数为0.223%/K），为新型极端环境热敏陶瓷材料的设计合成提供了理论指导。

相关研究成果发表在《微尺度》（Small）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会会员项目等的支持。

3.荧光增强94倍！国防科大团队在金属量子点领域取得重要突破

近日，国防科技大学电子对抗学院胡以华教授团队在金属量子点领域取得重要突破，该团队成功研制出一种新型核壳异质结构量子点（AgNC@AgAux QDs），通过电子注入和表面等离激元效应诱导的强局域电场，实现了荧光增强94.06倍，量子产率提高32.40倍。这一成果以“Synergistic Enhancement of Fluorescence through Plasmon Resonance and Interfacial Charge Transfer by AgNC@AgAux Core-Shell Quantum Dots”为题，发表于国际权威期刊Advanced Materials（影响因子27.4）。

图1 密度泛函及有限元分析理论揭示了量子点的电子转移模式

量子点是把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，也被称为“人造原子”，因其独特的光电性质，在光学成像、光通信、生物医学检测等领域具有广阔的应用前景。然而，传统量子点的量子产率和荧光强度有限，限制了其在实际应用中的表现。胡以华教授团队通过创新性地设计核壳结构，将源自银核和表面等离激元诱导的热电子迅速灌入导带，打通了M临界点的界面能垒，显著增强了量子点的光发射性能并提高了材料量子产率。该量子点可成功制备为发光光栅、光存储芯片等光电器件，还可实现溶液中重金属Cu2+离子的特异性检测。胡以华教授团队的这一研究成果在原子尺度上构建复杂的功能结构提供了参考，有助于未来的光电器件、光学成像和重金属检测应用，为相关领域的技术进步和产业升级提供有力支持。此外，在这种新型量子点基础上开发的特种烟幕可实现在复杂的介质环境下的非视距散射光通信，实现快速通信链路部署。

图2 量子点的飞秒瞬态吸收光谱及其对应的电子转移模式

该论文由胡以华教授团队牵头完成，胡以华教授指导的博士研究生陈友龙为该论文的第一作者，国防科技大学教授胡以华、助理研究员张玉双和中国科学院上海技术物理研究所褚君浩院士为该论文的通讯作者。近年来，该团队在光电探测与对抗领域取得了丰硕的研究成果，出版专著6部，在Advanced Materials、Photonics Research、IEEE transactions on Geoscience and Remote Sensing等权威期刊发表论文400余篇。

4.化学学院彭海琳课题组与合作者报道首例低功耗二维环栅晶体管

2025年2月14日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授研究团队与北京大学电子学院邱晨光研究员团队在《自然-材料》（Nature Materials）在线发表题为“Low-power 2D gate-all-around logics via epitaxial monolithic 3D integration”的研究论文，报道了世界首例低功耗二维环栅晶体管（2D GAAFET），并研制出高性能低功耗二维环栅逻辑器件。

二维环栅晶体管技术是后摩尔时代突破硅基晶体管物理极限的重要路径之一，其关键在于结合二维半导体的高迁移率与环栅（Gate-All-Around，GAA）结构的强栅控能力，以实现更高性能、更低功耗的器件，但面临的挑战是二维沟道与环栅介质的原子级均匀尺寸控制和界面结构精确控制。该工作制备的高迁移率二维半导体纳米片沟道Bi2O2Se由外延型单晶高κ原生氧化物栅-Bi2SeO5完全包围，形成高质量全环栅异质结构（2D Bi2O2Se/Bi2SeO5 GAA），具有原子级平整界面和超薄的沟道厚度（达1个单胞厚度，~1.2纳米）以及超薄的栅介质厚度（等效氧化层厚度EOT可低至0.28纳米），还可实现晶圆级单片三维集成（M3D）。

基于外延集成型Bi2O2Se/Bi2SeO5环栅异质结的二维环栅晶体管（2D GAAFET）具有原子级均匀的沟道与栅氧化层厚度、低的界面缺陷密度、高的电子迁移率、高的电流开关比、近热力学极限的亚阈值摆幅、更好的沟道控制和静电性能。该晶体管的性能与能效同时超过了传统硅基晶体管的物理极限，是世界上迄今速度最快、能耗最低的晶体管。该原创性工作突破了后摩尔时代高速低功耗芯片的二维新材料精准合成与新架构三维异质集成瓶颈，为开发未来先进芯片技术带来新机遇。

论文截图

集成电路是信息时代重要的技术基础，也是国家战略竞争力的重要标志。先进制程集成电路制造作为半导体工业技术的“明珠”，对带动人工智能（AI）、云计算、大数据、5G通信等新兴信息技术发展和产业增长发挥着关键作用，对以实现数据的高速处理和传输、信息安全等功能为基础的国家信息化、数字化发展提供关键支撑。先进制程集成电路制造已成为全球半导体产业的“兵家必争之地”，推动了科技领域的快速发展。

功耗约束下的器件尺寸微缩和集成密度提升始终是先进制程集成电路技术发展和演进的核心。随着大规模集成电路（VLSI）技术的持续发展，来自短沟效应、量子隧穿以及寄生效应等问题的挑战，使得以传统硅基半导体/氧化物（如Si/SiO2、Si/HfO2）为核心的CMOS（互补金属氧化物半导体）器件技术难以通过尺寸的持续微缩维持芯片迭代的需求。能耗上升和算力不足等问题成为延续摩尔定律的最大瓶颈。探索“后摩尔时代”器件新原理、新材料、新工艺和新架构，实现更高密度、更低功耗、更高算力的芯片设计与制造，成为推动传统集成电路芯片变革的关键。

图1. 二维环栅晶体管及三维异质集成示意图

材料与架构的创新催生了集成电路在性能、密度和功耗方面的新突破。集成电路技术发展的近30年里，硅基CMOS器件在“摩尔定律”的驱使下不断微缩，器件架构逐渐从平面器件发展到鳍式场效应晶体管（FinFET）器件以增强栅极对通道的控制能力。依靠新材料和新结构的发展，FinFET器件技术融合铜金属互联技术、应力硅技术、高κ金属栅（HKMG，High-κ Metal Gate）工艺技术，助力摩尔定律持续向前发展，从22纳米技术节点发展到当前的3纳米技术节点。但是，在3纳米节点以下，传统硅基FinFET的栅极对沟道的控制能力减弱，导致漏电流增加和功耗上升，FinFET技术发展将面临物理极限与工艺难度挑战，无法持续微缩。应对这一挑战，一种硅基纳米片沟道被栅极四面全环绕包围的环栅晶体管（GAAFET）新架构器件技术应运而生。GAAFET将显著抑制短沟道效应，进一步增强栅极对沟道电流的控制，降低漏电，具有更高的速度和更低的功耗。随着先进工艺节点持续推进，国际半导体产业界已明确2纳米以后晶体管技术将由当前的鳍式晶体管（FinFET）转向更先进的纳米片环栅晶体管（GAAFET）制程技术。

技术节点进入埃米世代，二维（2D）半导体因其具有表面无悬挂键、原子级均匀厚度和高迁移率等特性，可突破传统硅基晶体管本征物理极限（极限栅长将停止在12nm，工作电压不能小于0.6V），实现更短的栅长、出色的栅控、高驱动电流、单片三维（M3D）集成，可作为“后硅材料”延续CMOS器件微缩，提高芯片集成度、算力和能效。为此，全球众多知名半导体公司和研究机构，如英特尔（Intel）、台积电（TSMC），以及欧洲微电子中心（IMEC）等，都在致力于二维环栅晶体管（2D GAAFET）的研发。然而，2D GAAFET的器件制造面临源漏接触、栅介质材料及界面等多重挑战，性能仍无法与业界硅基晶体管相媲美。低功耗、高性能的2D GAAFET器件制造更是需要解决二维沟道/全环绕超薄栅介质的原子级尺寸控制和界面结构精确调控的世界难题。新型高迁移率二维半导体沟道和高κ氧化物环栅异质结的精准制备及三维异质集成等关键科学问题（图1），已成为各国半导体技术竞争的国际焦点。

图2. 二维Bi2O2Se/Bi2SeO5环栅外延异质结与三维异质集成。（a—c）：晶圆级多叠层二维铋基环栅异质结的示意图（a）、截面透射表征与元素分析（b）和光学照片（c）；二维铋基环栅晶体管的原子级平整界面（d，e）

近年来，彭海琳课题组开发了一种新型超高迁移率二维铋基半导体（硒氧化铋Bi2O2Se）及其高κ原生氧化物栅介质材料（-Bi2SeO5与-Bi2SeO5），并基于此体系制备了一系列高性能二维晶体管、红外探测器、传感器以及量子霍尔器件（Nature Nanotech. 2017, 12, 530；Nature Commun. 2018, 9, 3311；Nature Electron. 2020, 3, 473；Nature Electron. 2022, 5, 643；Nature Mater. 2023, 22, 832；Nature Nanotech. 2024, 19, 1452），并率先开发出世界上首例外延高κ栅介质集成型二维鳍式晶体管（Nature 2023, 616, 66）。

近期，该研究团队致力于将高迁移率二维铋基半导体与全环绕高κ超薄栅介质精准集成并极限微缩成三维新架构——二维环栅晶体管。他们基于独创的二维铋基半导体可控插层氧化方法，设计并制备了高质量的二维铋基半导体/环栅外延异质结，研制的二维环栅晶体管具有很高的界面质量和栅控能力，表现出高的迁移率（>280cm2/Vs）、低界面缺陷密度（~2×1011cm-2eV−1）、高电流开关比（108）和近热力学极限亚阈值摆幅（＜62mV/dec）等性能，满足业界高性能低功耗器件要求。进而，研究团队结合先进微纳加工技术和界面调控手段，成功构筑具有30nm栅长的短沟道二维环栅晶体管。该二维铋基环栅晶体管具有原子级平整界面和超薄的0.27纳米等效氧化物厚度（EOT），在0.5V的超低工作电压（VDD）下展现超高开态电流密度（>1mA/μm）、低本征延迟（Delay，1.9ps）及低能量延迟积（EDP，1.84×10−27Js/μm）。在相同工作条件下，二维铋基环栅晶体管的性能超越英特尔（Intel）、台积电（TSMC）、比利时微电子中心（IMEC）报道的最先进环栅晶体管；其运算速度和能效同时超越当前商用硅基晶体管的最佳水平。研究团队报道的二维环栅晶体管满足国际器件和系统路线图（IRDS）对埃米节点的算力与功耗要求，是迄今为止速度最快、功耗最低的晶体管。

图3. 二维铋基环栅晶体管的电学特性。（a—c）：二维铋基环栅晶体管的示意图（a）、截面透射表征（b）和元素分析（c）；（d，e）二维铋基环栅晶体管的转移特性曲线与可靠性；（f）与其它二维晶体管对比

图4. 二维铋基环栅晶体管的电学性质。二维铋基环栅异晶体管的示意图（a）、扫描电镜图（b，c）、截面透射电镜图（d）和元素分析（e）；晶体管的输出（f）和转移（g）特性及性能（h，i）与能效（j）的客观对标

研究团队还基于上述环栅晶体管构筑了非门（NOT）、与非门（NAND）和或非门（NOR）等一系列逻辑单元器件，均可在超低功耗下实现其逻辑功能。其中非门可在超低工作电压（1.0V）下展现出超高增益（59VV-1）。

图5. 二维铋基环栅逻辑单元。二维铋基环栅非门示意图（a），工作曲线（b，c）、功耗（d，e）及增益对比（f）；二维铋基环栅或非门（g，h），与非门（i，j）的结构表征与功能

综上所述，该项研究在国际上首次实现了高迁移率二维半导体/全环绕高κ氧化物外延异质结的精准合成与单片三维集成，并面向亚3纳米节点研制了低功耗、高性能二维环栅晶体管（2D GAAFET）及逻辑单元。该原创性工作突破了阻碍二维电子学发展的关键科学瓶颈，首次验证了二维环栅器件的性能和能耗上优于先进硅基技术，突破了后摩尔时代高速低功耗芯片的二维新材料精准合成与新架构三维异质集成瓶颈，为开发未来高性能芯片技术提供了全新的思路。

彭海琳、邱晨光、化学与分子工程学院谭聪伟副研究员为该论文的共同通讯作者；北京大学化学与分子工程学院博士研究生唐浚川、电子学院博士生姜建峰（现为麻省理工学院博士后）、化学与分子工程学院博士研究生高啸寅和博雅博士后高欣为文章的共同第一作者。该工作的其他主要合作者还包括深圳理工大学丁峰教授、北京大学电子学院彭练矛教授等。

该研究得到国家自然科学基金委、科技部、北京分子科学国家研究中心、新基石基金会科学探索奖、北京大学博雅博士后等项目和单位的资助，并得到北京大学化学与分子工程学院分子材料与纳米加工实验室（MMNL）仪器平台的大力支持。

5.南京大学与中国科学院半导体研究所携手深化合作

为全面贯彻落实2024年南京大学与中国科学院达成的战略合作框架协议精神，2025年2月17日，南京大学与中国科学院半导体研究所合作协议暨“黄昆英才班”共建协议签署仪式在仙林校区电子楼举行。中国科学院半导体研究所所长谭平恒和南京大学党委常委、副校长王振林出席仪式。

王振林对谭平恒一行的到来表示诚挚欢迎，并对中国科学院半导体研究所一直以来给予南京大学的支持和关心表示衷心感谢。他首先回顾了南京大学半导体专业的光辉历程。自1956年参与创办国内首个五校联合半导体专门化专业起，南京大学在半导体研发领域成绩显著，2015年设立国家示范性微电子学院，2021年获批国家集成电路产教融合创新平台，2022年在苏州校区成立集成电路学院。王振林指出，双方合作源远流长，自2024年签署战略合作备忘录后，已在多个项目上展开积极且卓有成效的合作，如南京大学本科生院支持有关学院开展“奔赴计划”、组织学生参加中国科学院半导体研究所夏令营研修项目等。此次再度携手签约，双方将进一步聚焦半导体与集成电路前沿领域，共同申报科研项目，携手攻克技术难题，致力于提升我国在该领域的核心竞争力。此外，双方还将强化学术交流，共享前沿研究成果，力求突破“卡脖子”技术瓶颈，为我国科技强国建设添砖加瓦。

谭平恒介绍了半导体研究所的发展脉络。半导体研究所作为综合性科研机构，集半导体物理、材料、器件及其系统集成应用于一体，科研实力雄厚、人才队伍一流。他表示，与南大合设“黄昆英才班”，意在整合双方优势，探索人才培养创新机制，为国家半导体领域输送顶尖人才、注入发展动力。在人才培养上，以“黄昆英才班”为依托，探索新模式，共同实施“双导师联合指导计划”，每位学生都将配备一名南大教授与一名半导体研究所研究员作为导师，进行个性化培养；持续开展“研修项目”，学生将在半导体所科研基地进行实践学习，积累丰富的科研经验，共育半导体领域精英，践行教育与人才强国使命。

在热烈的掌声中，谭平恒和我校电子科学与工程学院院长刘斌作为双方单位代表，签署合作协议与“黄昆英才班”共建协议，并合影留念。随后，双方互赠书籍，分别是中国科学院半导体研究所黄昆先生文集，以及记录南京大学冯端先生、闵乃本先生学术生涯与人生轨迹的传记书籍，致敬双方杰出科学家的学术成就，加强双方在立德树人与学术文化传承方面的交流。

仪式结束后，谭平恒以《低维半导体声子物理研究》为题作了一场精彩的授课讲座。讲座中，谭平恒不仅分享了前沿研究成果，还特别介绍了黄昆先生。黄昆先生作为中国固体物理和半导体物理学科的开创者之一，荣获国家最高科学技术奖。他以黄昆先生严谨治学的态度和高尚的做人风范，深情勉励青年同学们胸怀科技报国之志，勇攀科学高峰。

中国科学院半导体研究所教师代表，南京大学电子科学与工程学院、示范性微电子学院、集成电路学院、匡亚明学院等相关学院的领导和教师代表参加活动。此次合作是2024年南京大学与中国科学院达成的全面战略合作框架下的重要子项目。双方以该项目为契机，在科研创新、人才培养等方面紧密携手，聚焦半导体与集成电路前沿领域，致力于突破“卡脖子”技术，推动我国半导体行业蓬勃发展，为实现科技强国目标注入强大动力。