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8项突破性研究成果,看当今电子学研究的深度和广度

在日前于比利时举行的年度Imec技术论坛(ITF 2018)上,研究人员展示多项突破性的研究成果,反映当今电子学研究的深度和广度......

 在日前于比利时举行的年度Imec技术论坛(Imec Tech Forum;ITF)上,来自全球的研究人员深入探讨多项项目的最新研究进展,反映当今电子学研究的深度和广度,包括进一步探索先进CMOS技术背后的分子物理学,以及对于最新技术政策的辩论等。

由于“欧盟通用数据保护条例”(GDPR)上路,Imec研究人员展示雷达作为监控摄影机的替代方案,在保护个人身份的前提下提供数据。这些系统瞄准用于智能建筑、侦测并追踪移动的机器人,以及人类的呼吸和心率等生命征象。

相较于大多数的摄影机,雷达可在黑暗中运作、提供3D影像数据,而且更易于融入环境中。然而,雷达的成本较高,部份原因就在于其产量较低。

研究人员的展示包括7GHz和77GHz雷达,分别使用各种不同的机器学习算法来追踪机器人的动作。不过,哪些频率最适于智能建筑用雷达,至今仍不明朗。

Imec物联网(IoT)总监Katherine Philips表示:“目前仍然充斥着多种选择,但却没有进一步的监管或标准化给予指导方向——而且市场也还在不断涌现中。”

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雷达信号可用于检测心跳和呼吸,但并未达到医学级的准确度(来源:Imec)

提升无线组件速度

Imec描述了一项探索三五族(III-V)工艺和新电路设计的新计划,以打造更快、更高效且仍兼容于CMOS工艺的射频(RF)组件。该技术旨在服务从5G蜂窝网络到太赫兹(THz)成像的广泛应用。

研究人员致力于这方面的努力,有一部份是受到需要更小蜂窝前端模块以支持越来越多频段的驱动。此外,其目标也在于减少相控数组中所需的天线数量。

Imec高速模拟RF计划经理Nadine Collaert表示:“蜂窝系统所需的开关、功率放大器(PA)和滤波器数量似乎每一世代都会增加一倍,如今,5G还增加了毫米波(mmWave)的支持。”

该计划体认到CMOS已无法跟上所要求的速度,但III-V族工艺技术看来则有较好的发展前景。例如,她说,氮化镓(GaN)“可应用于基地台,我们认为这对于‘毫米波’小型蜂窝基地台以及甚至是手机来说都是非常重要的。”

该研究计划寻求透过CMOS整合更多新工艺和设计的方式。它将探索诸如使用混合3D电路堆栈等技术。

到目前为止,Imec为该计划招集了四家代工厂和无晶圆厂合作伙伴。该研究机构认为,这项计划将在高速有线网络、成像和60GHz以上蜂窝回程网络等领域实现衍生的更多优势。

另一项研究计划由位于佛罗里达州奥西欧拉郡(Osceola County, Florida)的Imec实验室进行开发,致力于打造一款可调谐0~1.3-THz成像系统的原型。其目标在于大幅削减当今雷射扫描仪的成本达一半以上,使其得以用于检测从消费品包装到核电厂螺纹钢筋等各种用途。

为了满足未来所需要的速度,RF组件必须升级到使用III-V族材料,且仍然兼容于CMOS工艺

为固态锂电池充电

业界对于电动车(EV)市场加速进展的预期,推动着对于更密集、更安全的电池兴趣。Imec目前正与业界伙伴合作,在当今的锂离子电池中采用硅作为阳极替代石墨,从而提高了50%的密度。

锂离子预计即将达到硅阳极的极限。下一个重大的飞跃进展是最终在固态电池中使用锂金属。有鉴于目前面对的各种研究障碍,这种电池可能还有十多年的时间才能开发出来。

材料工程师正在研究阳极和阴极材料之间的新型功能涂层。这种涂层可作为离子与电子之间的接口,用于延长其密度并加快充电时间。
比利时一家拥有电池专业知识的材料和回收公司Umicore,展示其电池技术的开发蓝图(来源:Umicore)

LoRa打造防洪监控利器

Imec资深研究员Johan Bergs展示了目前部署于比利时安特卫普(Antwerp)北部的一个测试系统,关键在于其中利用15个LoRa节点。该LoRa网络可在洪水开始袭卷城市供水系统之前,实时且准确地向第一紧急应变中心发出警报。

这只是Imec和市政府之间广泛合作的案例之一,它使Antwerp成为专注于物联网计划的一座开放实验室。它在法兰德斯(Flanders)地区建构的开放数据准则管理下顺利运作。

LoRa网络导入比利时Antwerp智能城市的试点计划

智能手机屏幕上的指纹…

想象一下,如果您的手指触摸了手机显示器表面的任何部份,就可以解锁智能手机,那么它其实已经具备收集您的心率等各种资料的能力了。这正是Imec研究人员在实验室中追求的显示技术概念——这种显示器技术能够在AMOLED上产生每平方英吋超过1,000个像素。

Imec正为这种显示器原型研究新型读取电路——该显示器是在紧邻OLED旁制图薄膜光电探测器而制造的。目前,至少有两家智能手机制造商参与了这项计划。

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Imec的研究方法还可用于解决掌纹问题

低成本液体冷却技术

Google最近宣布使用液体冷却技术支持其最新的人工智能(AI)加速器。预计其他业者可能也需要类似的热支持技术,因此,Imec研究人员开发了一种能以3D打印打造的塑料组件。

研究人员声称,这种塑料组件可以提供较当今技术更高五倍的热释放效率,因为它可以将液体直接输送至封装中,而无需使用一般的中介热层。

液体冷却器现在也能以3D打印塑料组件打造

回归原子级

Imec研究人员Sergiu Clima在荷语天主教鲁汶大学(KU Leuven)取得材料模拟和分析博士学位后加入该研究机构,开始探索影响先进CMOS工艺的各种分子级现象。当时,代工厂才开始采用极紫外光(EUV)微影技术打造接近20nm的特征尺寸。

Imec研究人员Sergiu Clima很早就开始以模拟途径探索纳米级效应

渲染逼真的全息图

在遥远的银河系中,投射出莉亚公主(Princess Lei)的全息图仍然是不可知的未来。但是,在Imec邻近的大学中,教授Peter Schelkens正在探索实现这一目标的道路。

Schelkens展示使用计算机产生的影像和全息编译码器打造数字全息图的最新进展,这项计划有助于使Denis Gabor在1948年首次发现的技术向前迈进一大步。

如今,全息图已经用于显微镜,但来自微软(Microsoft)和英伟达(Nvidia)等公司的宏观全息图仍然使用相对较小的像素集。计算、传输和渲染逼真的Princess Leia所需的密集像素云,为Schelkens等学者带来了诸多挑战。

以64K x 64K分辨率显示的粗略全息图

编译:Susan Hong

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