國(guó)家自然科學(xué)基金半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域“十三五”至“十四五”期間資助狀況與趨勢(shì)

唐 華，施 閣，何 杰，劉 克

（1.國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，北京 100085；2.中國(guó)計(jì)量大學(xué)，浙江杭州 310018）

1 引言

近年來，大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)愈加升級(jí)，導(dǎo)致國(guó)際半導(dǎo)體行業(yè)風(fēng)云變幻.半導(dǎo)體作為科技產(chǎn)業(yè)的核心，其產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，復(fù)雜性極高，高度依賴全球供應(yīng)鏈，其戰(zhàn)略性和重要性不言而喻.半導(dǎo)體的全球化供應(yīng)鏈特征使得它在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的重要性尤為突出.他國(guó)的技術(shù)遏制和封鎖對(duì)于我國(guó)的半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域走向自主可控、實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代是機(jī)遇更是挑戰(zhàn).我國(guó)作為全球第一大半導(dǎo)體消費(fèi)國(guó)，本身擁有龐大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)和完善的終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈.在內(nèi)部迫切的終端需求和外部復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)下，國(guó)家高度重視并出臺(tái)了各種相關(guān)的政策鼓勵(lì)和支持半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的發(fā)展.國(guó)務(wù)院2016 年11 月發(fā)布《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出做強(qiáng)信息技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)，組織實(shí)施集成電路發(fā)展工程，啟動(dòng)集成電路重大生產(chǎn)力布局規(guī)劃工程.2016 年12 月發(fā)布《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》，提出到2020 年，集成電路、基礎(chǔ)軟件、核心元器件等關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性突破，形成若干戰(zhàn)略性先導(dǎo)技術(shù)和產(chǎn)品，大力推進(jìn)集成電路創(chuàng)新突破，完善產(chǎn)業(yè)投資基金機(jī)制，鼓勵(lì)社會(huì)資本發(fā)起設(shè)立產(chǎn)業(yè)投資基金.科技部2017年4月發(fā)布《國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，提出優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，采取差異化策略和非對(duì)稱路徑，聚焦尖端領(lǐng)域，推進(jìn)集成電路及專用裝備等關(guān)鍵核心技術(shù)突破和應(yīng)用.2018 年3 月財(cái)政部、稅務(wù)總局、國(guó)家發(fā)改委、工信部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于集成電路生產(chǎn)企業(yè)有關(guān)企業(yè)所得稅問題的通知》，對(duì)集成電路生產(chǎn)企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策做了進(jìn)一步規(guī)定和調(diào)整.2019 年5 月財(cái)政部、稅務(wù)總局發(fā)布《關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)和軟件產(chǎn)業(yè)企業(yè)所得稅政策的公告》，公布對(duì)依法成立且符合條件的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)和軟件企業(yè)免征或減半征收企業(yè)所得稅的優(yōu)惠政策.2020 年7 月國(guó)務(wù)院發(fā)布《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，從財(cái)稅、投融資、研發(fā)、進(jìn)出口、人才、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、市場(chǎng)應(yīng)用以及國(guó)際合作等方面給予了集成電路產(chǎn)業(yè)更加優(yōu)惠的政策.

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱自然科學(xué)基金委）根據(jù)國(guó)家發(fā)展科學(xué)技術(shù)的方針、政策和規(guī)劃，以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向，支持我國(guó)半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，逐漸發(fā)展和形成了包括探索、人才、工具、融合四大系列組成的資助格局.自然科學(xué)基金委信息科學(xué)部積極組織各類學(xué)術(shù)論壇與成果交流會(huì)，探索和引導(dǎo)我國(guó)半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域發(fā)展路徑.

2019 年4 月自然科學(xué)基金委信息科學(xué)部組織召開了第231 期雙清論壇“超越摩爾定律的微電子發(fā)展路徑”，會(huì)議深入研討了超越摩爾定律的核心研究?jī)?nèi)容和重要前沿進(jìn)展，展望了超越摩爾定律的低功耗、多樣化、智能化的器件及其與材料、架構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)研究對(duì)后摩爾時(shí)代微電子路徑的突破性和顛覆性前景，初步凝練了超越摩爾定律發(fā)展路徑上的基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵挑戰(zhàn)，從交叉、融合、協(xié)同等角度提出了前沿性和戰(zhàn)略性的重點(diǎn)發(fā)展方向.2021 年3 月信息科學(xué)部組織召開了第278 期雙清論壇“寬禁帶與超寬禁帶半導(dǎo)體”，論壇圍繞寬禁帶與超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的材料與核心元器件的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)，就寬禁帶半導(dǎo)體射頻、功率電子材料與器件、寬禁帶半導(dǎo)體深紫外、長(zhǎng)波長(zhǎng)光電材料與器件以及超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件五個(gè)議題進(jìn)行了充分交流，深入研討了領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)、難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，凝練了領(lǐng)域未來發(fā)展的核心問題，對(duì)未來5～10 年科學(xué)基金如何支持寬禁帶與超寬禁帶半導(dǎo)體的研究提出了具體建議.2021 年5 月信息科學(xué)部聯(lián)合交叉科學(xué)部、數(shù)理科學(xué)部、化學(xué)科學(xué)部和工程與材料科學(xué)部召開了第285期雙清論壇“走向自旋的未來信息時(shí)代”，論壇圍繞“自旋器件”、“新型自旋材料及其潛在應(yīng)用”和“自旋相關(guān)技術(shù)”三個(gè)議題，剖析了當(dāng)前自旋電子學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)、難點(diǎn)及未來在信息技術(shù)領(lǐng)域可能的應(yīng)用前景，凝練了自旋電子學(xué)未來應(yīng)用中的基礎(chǔ)科學(xué)問題，為科學(xué)基金支持我國(guó)發(fā)展新型自旋電子器件提出了政策建議.

2018年5月自然科學(xué)基金委信息科學(xué)部舉辦了“后摩爾時(shí)代微電子新器件技術(shù)研究——集成電路芯片研制的相關(guān)基礎(chǔ)問題”研討會(huì)，分析了我國(guó)微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出我國(guó)的微電子產(chǎn)業(yè)有希望也有困難，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究.通過對(duì)集成電路前沿工藝和后摩爾時(shí)代器件技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)的分析，會(huì)議認(rèn)為“新原理、新結(jié)構(gòu)和新材料”是器件發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，也是我國(guó)微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越的關(guān)鍵，并從基礎(chǔ)研究角度給出了支持微電子技術(shù)發(fā)展的建議.2018 年9 月為推動(dòng)我國(guó)微電子器件基礎(chǔ)研究，促進(jìn)集成電路技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)微電子創(chuàng)新研究隊(duì)伍，自然科學(xué)基金委啟動(dòng)集成電路3～5 納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究應(yīng)急管理項(xiàng)目，發(fā)布了“集成電路3～5 納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究”應(yīng)急管理項(xiàng)目指南.2019 年8 月，自然科學(xué)基金委面向芯片自主發(fā)展的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，以芯片的基礎(chǔ)問題為核心，啟動(dòng)了“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃項(xiàng)目并發(fā)布了指南，旨在發(fā)展后摩爾時(shí)代新器件和計(jì)算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進(jìn)我國(guó)芯片研究水平的提升，推動(dòng)我國(guó)在芯片領(lǐng)域的科技創(chuàng)新.2021 年9 月，為推動(dòng)我國(guó)集成電路EDA 基礎(chǔ)研究，促進(jìn)集成電路技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新研究隊(duì)伍，自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部設(shè)立“模擬集成電路敏捷設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)”專項(xiàng)項(xiàng)目.

另外，自然科學(xué)基金委從2016年開始試點(diǎn)資助“國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目”（簡(jiǎn)稱基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目），旨在集中和整合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研資源，瞄準(zhǔn)國(guó)際科學(xué)前沿，超前部署，充分發(fā)揮科學(xué)基金制的優(yōu)勢(shì)和特色，依靠高水平學(xué)術(shù)帶頭人，吸引和凝聚國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀科技人才，著力推動(dòng)學(xué)科深度交叉融合，相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定地支持科研人員潛心研究和探索，致力科學(xué)前沿突破，產(chǎn)出一批國(guó)際領(lǐng)先的原創(chuàng)成果，搶占國(guó)際科學(xué)發(fā)展的制高點(diǎn)，形成若干具有重要國(guó)際影響的學(xué)術(shù)高地.2019年1月，信息科學(xué)部第一個(gè)“低維信息器件”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目通過立項(xiàng)并啟動(dòng)，項(xiàng)目圍繞在原子/分子尺度和精度上控制、操縱低維體系的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低維材料物理和電子性質(zhì)的人工設(shè)計(jì)與調(diào)控等低維信息器件研究領(lǐng)域的核心科學(xué)問題開展工作，致力于推動(dòng)我國(guó)基于低維體系的信息器件的發(fā)展.

除了上述的基礎(chǔ)科學(xué)中心、重大研究計(jì)劃、專項(xiàng)項(xiàng)目、應(yīng)急管理項(xiàng)目等大型項(xiàng)目外，信息科學(xué)部更重要的工作是大范圍地支持全國(guó)科研院所、企事業(yè)單位在半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的研究工作.項(xiàng)目類型包括常規(guī)自由探索類項(xiàng)目（面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目、地區(qū)項(xiàng)目等），指南引導(dǎo)類項(xiàng)目（重大項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、聯(lián)合基金項(xiàng)目等），高層次人才類項(xiàng)目（國(guó)家杰出青年基金、優(yōu)秀青年項(xiàng)目），創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目，以及國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目.半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件（申請(qǐng)代碼F04）領(lǐng)域項(xiàng)目的管理工作主要由信息科學(xué)部四處負(fù)責(zé)，資助范圍包括：半導(dǎo)體材料，集成電路設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體光電子器件與集成，半導(dǎo)體電子器件與集成，半導(dǎo)體器件物理，集成電路器件、制造與封裝，微納機(jī)電器件與控制系統(tǒng)，新型信息器件，半導(dǎo)體與其他領(lǐng)域交叉［1］.每個(gè)學(xué)科方向都對(duì)應(yīng)一個(gè)學(xué)科代碼，優(yōu)化學(xué)科申請(qǐng)代碼設(shè)置是自然科學(xué)基金委的重要改革措施之一，2020年信息科學(xué)部作為試點(diǎn)學(xué)部，重新梳理了一級(jí)和二級(jí)代碼，不再設(shè)置三級(jí)申請(qǐng)代碼.所以，2016—2019 年之前的二級(jí)代碼和2020 年后的二級(jí)代碼有所不同，主要變化是：（1）將原二級(jí)申請(qǐng)代碼F0405的名稱“半導(dǎo)體物理”更名為“半導(dǎo)體器件物理”；（2）新增了二級(jí)代碼“F0409 半導(dǎo)體與其他領(lǐng)域交叉”［2］.目前F04 申請(qǐng)代碼下共有9個(gè)學(xué)科方向，新的半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的二級(jí)代碼體系構(gòu)成如圖1所示.

圖1 半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的學(xué)科代碼體系

本文將對(duì)“十三五”至“十四五”F04 代碼下各類型項(xiàng)目的資助情況（包括申請(qǐng)量、資助率和資助強(qiáng)度），以及研究主題熱點(diǎn)等進(jìn)行分析，通過近年半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的優(yōu)秀成果分析資助成效，旨在為探究信息科學(xué)部“十三五”至“十四五”以來對(duì)半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的資助特點(diǎn)，也為國(guó)內(nèi)科研院所、企事業(yè)單位的研究人員了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)展方向及路徑提供借鑒.

2 自由探索類項(xiàng)目情況分析

面上項(xiàng)目、青年科學(xué)基金項(xiàng)目和地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目的定位是“自由申請(qǐng)、自定題目、自主研究”，屬于自由探索類項(xiàng)目，也常被稱為“面青地項(xiàng)目”，是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的主體.下面將從申請(qǐng)與資助情況、各學(xué)科方向資助占比趨勢(shì)和各學(xué)科方向研究主題熱點(diǎn)等方面分析自由探索類項(xiàng)目的情況及特征.

2.1 申請(qǐng)與資助情況

2016—2021 年面青地項(xiàng)目的申請(qǐng)數(shù)量對(duì)比如圖2所示.面上項(xiàng)目的申請(qǐng)數(shù)量由2016 年的741 項(xiàng)穩(wěn)步增加，到2019 年后基本穩(wěn)定在1 020 項(xiàng)左右.2016—2020年，青年項(xiàng)目申請(qǐng)數(shù)量略低于面上項(xiàng)目.2021年青年項(xiàng)目申請(qǐng)量增長(zhǎng)至1 111 項(xiàng)，高于面上項(xiàng)目.地區(qū)項(xiàng)目申請(qǐng)數(shù)量從2016年的55項(xiàng)逐漸增加，到2019年增加到97項(xiàng)后基本穩(wěn)定在80～95項(xiàng)之間.

圖2 2016—2021年“面青地”項(xiàng)目的申請(qǐng)數(shù)量對(duì)比

圖3 列出了2016—2021 年面青地項(xiàng)目的立項(xiàng)數(shù)量對(duì)比.面上項(xiàng)目每年立項(xiàng)數(shù)量保持穩(wěn)定，在170～180 項(xiàng)左右.而青年項(xiàng)目從2016年的180項(xiàng)逐年遞增，到2021年立項(xiàng)數(shù)量達(dá)到了270 項(xiàng).地區(qū)項(xiàng)目的立項(xiàng)數(shù)量基本保持不變.

圖3 2016—2021年“面青地”項(xiàng)目的立項(xiàng)數(shù)量對(duì)比

根據(jù)申請(qǐng)數(shù)量和立項(xiàng)數(shù)量，可以得到每年各種項(xiàng)目的資助率.由圖4可見，面上項(xiàng)目資助率從2016年的23.5%一直下降到2020 的16.3%；青年項(xiàng)目的資助率最高，2017 年資助率達(dá)到最高25.7%；地區(qū)項(xiàng)目的資助率最低，在2019年達(dá)到最低的14.4%.

圖4 2016—2021年“面青地”項(xiàng)目的資助率對(duì)比

2.2 二級(jí)代碼資助占比趨勢(shì)

各二級(jí)代碼“面青地”項(xiàng)目資助情況如圖5 所示.半導(dǎo)體材料（F0401）方向立項(xiàng)數(shù)量逐年穩(wěn)步增長(zhǎng).集成電路設(shè)計(jì)（F0402）方向在2019 年后增長(zhǎng)速度變快.而半導(dǎo)體光電子器件與集成（F0403）方向的立項(xiàng)數(shù)量最多.半導(dǎo)體電子器件與集成（F0404）方向在2018 年有較大的增長(zhǎng)，并在此之后保持穩(wěn)定.半導(dǎo)體器件物理（F0405）方向在2017—2020 年間立項(xiàng)數(shù)量有所下降，2021 年有所回升.集成電路器件、制造與封裝（F0406）方向趨勢(shì)與半導(dǎo)體器件物理（F0405）方向類似.微納機(jī)電器件與控制系統(tǒng)（F0407）方向基本保持穩(wěn)定.新型信息器件（F0408）方向逐年遞增，有較大幅度的增長(zhǎng)，說明近年來我國(guó)對(duì)于新型信息器件的研究持續(xù)增加.半導(dǎo)體與其他領(lǐng)域交叉（F0409）方向是新增加的學(xué)科方向，立項(xiàng)數(shù)量穩(wěn)步增加，體現(xiàn)了半導(dǎo)體學(xué)科與其他領(lǐng)域的交叉研究也在不斷引起科研人員的研究興趣.

圖5 各二級(jí)代碼的立項(xiàng)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

各二級(jí)代碼方向在2016—2021年間立項(xiàng)合計(jì)數(shù)量占比如圖6 所示，半導(dǎo)體光電子器件與集成（F0403）的立項(xiàng)數(shù)量占了整個(gè)F04代碼下的四分之一，是目前半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).而半導(dǎo)體材料（F0401）、集成電路設(shè)計(jì)（F0402）和半導(dǎo)體電子器件與集成（F0404）為第二梯隊(duì)，均占14%左右，是目前該領(lǐng)域的主要研究方向.F0401～F0404 之和占所有項(xiàng)目的67%.半導(dǎo)體器件物理（F0405），新型信息器件（F0408），集成電路器件、制造與封裝（F0406）以及微納機(jī)電器件與控制系統(tǒng)（F0407）為第三梯隊(duì)項(xiàng)目，數(shù)量均低于10%.其中預(yù)計(jì)新型信息器件（F0408）方向有繼續(xù)較快增長(zhǎng)的趨勢(shì).

圖6 各2016—2021年二級(jí)代碼的立項(xiàng)數(shù)量占比

2.3 各二級(jí)代碼研究主題熱點(diǎn)

通過熱詞分析可以了解目前半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的研究主題的熱點(diǎn).本節(jié)對(duì)2016—2021 年立項(xiàng)的“面青地”項(xiàng)目各二級(jí)代碼下立項(xiàng)項(xiàng)目的熱詞進(jìn)行了分析.表1 列出了F0401～F0408 各二級(jí)代碼立項(xiàng)項(xiàng)目主題的熱詞詞云.

表1 半導(dǎo)體領(lǐng)域F0401～F0408二級(jí)代碼研究主題熱詞詞云

半導(dǎo)體材料（F0401）方向涉及薄膜半導(dǎo)體材料的研究最多，相比于新興的低維材料，薄膜材料仍然是半導(dǎo)體應(yīng)用的主體.近年來鈣鈦礦材料的研究增多，得益于相對(duì)簡(jiǎn)單的制作工藝、高發(fā)光效率和高光電轉(zhuǎn)換效率，鈣鈦礦材料在發(fā)光和光伏領(lǐng)域引起了廣泛的研究興趣.由于異質(zhì)結(jié)是功能器件（包括晶體管、發(fā)光二極管、太陽能電池等）的基礎(chǔ)，因此半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的研究也較多.另外摻雜、外延、生長(zhǎng)、缺陷和界面等影響半導(dǎo)體材料制備和物性的因素也是相對(duì)熱門的研究主題.

芯片和集成電路的低功耗與能耗是集成電路設(shè)計(jì)（F0402）的最主要研究主題熱詞，這是目前芯片行業(yè)中最關(guān)注的問題之一.突破馮·諾依曼架構(gòu)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)新型計(jì)算架構(gòu)，是另一個(gè)研究熱點(diǎn)，因此芯片和集成電路的構(gòu)架和可重構(gòu)方面的研究也較多.另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與高性能計(jì)算芯片的研究在近幾年的人工智能飛速發(fā)展過程中也不斷引起科研人員的廣泛關(guān)注.隨著5G 的廣泛商用和6G 通信領(lǐng)域的不斷發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，射頻、毫米波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、傳感器等芯片的創(chuàng)新研究也持續(xù)開展.

從功能方面劃分，激光器、探測(cè)器、太陽能電池、量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）等器件是半導(dǎo)體光電子器件與集成（F0403）研究主題的熱詞，對(duì)于高性能光-電、電-光轉(zhuǎn)換器件的需求，依然是目前光伏、顯示等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).從光電材料角度分析，基于鈣鈦礦材料的光電器件被研究最多，其次是薄膜、柔性、有機(jī)材料等.與F0401 類似，影響光電器件性能的摻雜、外延、生長(zhǎng)、缺陷和界面等因素也是相對(duì)熱門的研究主題.

晶體管作為半導(dǎo)體最核心的基礎(chǔ)器件在半導(dǎo)體電子器件與集成（F0404）研究主題中熱度最高.其他熱度較高的電子器件主要有傳感器、存儲(chǔ)器、功率器件、有機(jī)柔性器件、薄膜器件等.半導(dǎo)體電子器件的基礎(chǔ)研究大多集中在基于各種材料和結(jié)構(gòu)的晶體管的設(shè)計(jì)、表征和性能優(yōu)化，具體性能參數(shù)包括閾值、功耗、耐壓、遷移率等.

半導(dǎo)體器件的性能調(diào)控是半導(dǎo)體器件物理（F0405）研究最熱門的主題.表面和界面調(diào)控是影響器件性能的主要因素.半導(dǎo)體材料是器件制備的基礎(chǔ)，目前熱門的半導(dǎo)體材料是鈣鈦礦材料、薄膜材料、有機(jī)材料、納米材料等，以及各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料.半導(dǎo)體材料的性能決定器件的性能，通過摻雜和缺陷工程等方式調(diào)控材料物性，可以實(shí)現(xiàn)器件的輸運(yùn)、極化、動(dòng)力學(xué)、應(yīng)變等性質(zhì)的優(yōu)化.此外，量子效應(yīng)是近年來不容忽視的研究熱點(diǎn).

集成電路器件、制造與封裝（F0406）研究主要圍繞芯片的封裝材料和制備、制造工藝開展，封裝工藝包括三維集成、新型互連、倒裝工藝、硅通孔、焊點(diǎn)、燒結(jié)等研究熱點(diǎn)，也包括集成電路的抗輻射、加固等安全可靠性問題.用于集成電路制造加工的光刻、氣相沉積等設(shè)備的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，芯片加工過程中的缺陷、失效分析以及集成電路的功能與性能的檢測(cè)等也都是目前研究的熱點(diǎn).

微納機(jī)電器件與控制系統(tǒng)（F0407）研究主要圍繞微納機(jī)電器件（MEMS）的傳感器與執(zhí)行器兩大類開展.MEMS傳感器包括加速度傳感器、微全分析系統(tǒng)、細(xì)胞、生物、生化傳感器.控制系統(tǒng)方面主要涉及微納機(jī)電執(zhí)行器和微能源采集器的研究.其中微納機(jī)電執(zhí)行器包括微流控、壓電振動(dòng)器、諧振器等；微能源采集器包括納米摩擦發(fā)電機(jī)、壓電振動(dòng)能量采集器、燃料電池等.另外也包括MEMS器件的加工工藝、材料等研究.

憶阻器是新型信息器件（F0408）研究熱度最高的主題熱詞，憶阻器件的出現(xiàn)促進(jìn)了非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器的發(fā)展.基于憶阻的隨機(jī)存儲(chǔ)器在集成度、功耗、讀寫速度等方面具有優(yōu)越性，被業(yè)界認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)突觸的最好方式.新型材料包括二維硫族化合物、半導(dǎo)體聚合物、石墨烯等是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)器件的熱門材料.新型多功能器件包括存算一體、感存算一體化器件，也是新型信息器件的研究熱點(diǎn).此外，新型信息器件還包括自旋/谷自旋電子器件、生物與醫(yī)學(xué)信息器件、可降解電子材料及器件等.

半導(dǎo)體與其他領(lǐng)域交叉（F0409）從2019 年開始申請(qǐng)，目前立項(xiàng)項(xiàng)目較少，還不能充分分析和反映該方向的研究主題與熱點(diǎn).但從立項(xiàng)項(xiàng)目的情況來看，主要包括半導(dǎo)體與數(shù)學(xué)領(lǐng)域的交叉、人工微納結(jié)構(gòu)集成的半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體科學(xué)儀器與設(shè)備等方向.

3 指南引導(dǎo)類項(xiàng)目情況分析

3.1 “后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃

針對(duì)后摩爾時(shí)代芯片發(fā)展中最本質(zhì)的算力瓶頸問題，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)2019年啟動(dòng)了“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃，旨在通過新材料、新原理、新結(jié)構(gòu)、新器件和新架構(gòu)的創(chuàng)新研究，突破芯片算力瓶頸，提升我國(guó)芯片研究水平.重大研究計(jì)劃圍繞以下三個(gè)核心科學(xué)問題展開研究：一、CMOS 器件能耗邊界及突破機(jī)理；二、突破硅基速度極限的器件機(jī)制；三、超越經(jīng)典馮·諾依曼架構(gòu)能效的機(jī)制.每年重大研究計(jì)劃項(xiàng)目指南發(fā)布的資助方向及所圍繞的科學(xué)問題情況如圖7所示.

圖7 2019—2021年重大研究計(jì)劃指南資助方向及所圍繞的科學(xué)問題情況

重大研究計(jì)劃項(xiàng)目主要包括培育項(xiàng)目、重點(diǎn)支持項(xiàng)目、集成項(xiàng)目3 個(gè)亞類.2019—2021 年重大研究計(jì)劃申請(qǐng)和立項(xiàng)及資助率情況如表2所示.

表2 重大研究計(jì)劃申請(qǐng)和立項(xiàng)及資助率情況

另外，2021年集成項(xiàng)目立項(xiàng)2項(xiàng)，每項(xiàng)金額為1 500萬元，分別是“事件驅(qū)動(dòng)型超低功耗智能物聯(lián)網(wǎng)芯片”和“基于新原理器件的內(nèi)存計(jì)算芯片”.圍繞的科學(xué)問題是科學(xué)問題一和科學(xué)問題三.

根據(jù)項(xiàng)目所圍繞的科學(xué)問題統(tǒng)計(jì)，培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目圍繞的科學(xué)問題情況如圖8 所示.培育項(xiàng)目圍繞三個(gè)科學(xué)問題的分布較為均勻，而重點(diǎn)支持項(xiàng)目對(duì)于科學(xué)問題三的支持力度較大.超越經(jīng)典馮·諾依曼架構(gòu)能效機(jī)制的研究是目前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn).

圖8 重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目所圍繞的科學(xué)問題統(tǒng)計(jì)

3.2 “集成電路3～5納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究”應(yīng)急管理項(xiàng)目

“集成電路3～5 納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究”應(yīng)急管理項(xiàng)目于2018年9月啟動(dòng)，項(xiàng)目面向3～5納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題（包括新材料、新結(jié)構(gòu)和新原理）研究開展資助，設(shè)立若干主題，鼓勵(lì)原始創(chuàng)新，支持科學(xué)家開展相關(guān)研究.應(yīng)急管理項(xiàng)目擬重點(diǎn)支持以下研究方向：一、突破CMOS器件亞閾值擺幅玻爾茲曼限制的新機(jī)制和器件技術(shù)；二、突破現(xiàn)行計(jì)算機(jī)架構(gòu)“存儲(chǔ)墻”限制的新機(jī)制和器件技術(shù)；三、突破異質(zhì)集成中多種物理失配限制的新材料和器件技術(shù).申請(qǐng)和資助情況如表3所示.

表3 集成電路3～5納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究申請(qǐng)與資助情況

方向三的受關(guān)注度較高，申請(qǐng)量最大，說明異質(zhì)集成中的新材料和器件技術(shù)是集成電路突破瓶頸的重點(diǎn).而從立項(xiàng)數(shù)量上看，方向二獲資助數(shù)量最多，該方向在突破現(xiàn)行計(jì)算機(jī)架構(gòu)“存儲(chǔ)墻”限制的新機(jī)制和器件技術(shù)方面有較好的研究基礎(chǔ).

3.3 “模擬集成電路敏捷設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)”專項(xiàng)項(xiàng)目

2021年9月，自然科學(xué)基金委為推動(dòng)我國(guó)集成電路EDA 基礎(chǔ)研究，促進(jìn)集成電路技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新研究隊(duì)伍，設(shè)立“模擬集成電路敏捷設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)”專項(xiàng)項(xiàng)目.該專項(xiàng)旨在提升模擬集成電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化程度，建立模擬集成電路從性能指標(biāo)到電路網(wǎng)表的自動(dòng)設(shè)計(jì)、電路模型自動(dòng)建立、版圖自動(dòng)生成、寄生參數(shù)提取及后仿真加速的新方法，提高模擬集成電路自動(dòng)化設(shè)計(jì)和分析的效率，形成從性能指標(biāo)到電路網(wǎng)表的自動(dòng)設(shè)計(jì)、版圖自動(dòng)生成到寄生參數(shù)提取的工具軟件原型.專項(xiàng)重點(diǎn)支持以下研究方向：一、性能指標(biāo)驅(qū)動(dòng)的模擬集成電路網(wǎng)表自動(dòng)設(shè)計(jì)；二、模擬集成電路高效高精度建模與仿真；三、多約束下模擬集成電路版圖自動(dòng)生成方法；四、模擬集成電路版圖寄生參數(shù)提取、模型降階和后仿真加速方法.設(shè)重點(diǎn)支持項(xiàng)目和培育項(xiàng)目.該專項(xiàng)項(xiàng)目2021 年申請(qǐng)與資助情況如表4 所示.

表4 “模擬集成電路敏捷設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)”申請(qǐng)與資助情況

從項(xiàng)目的申報(bào)情況來看，培育項(xiàng)目的申請(qǐng)人大部分集中在方向二和方向三，說明器件建模和版圖設(shè)計(jì)自動(dòng)化是EDA 設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究較多的方向.而EDA 仿真流程前期的“模擬集成電路網(wǎng)表自動(dòng)設(shè)計(jì)”和EDA 仿真后期的“模擬集成電路版圖寄生參數(shù)提取、模型降階和后仿真加速方法”申請(qǐng)數(shù)量相對(duì)較少，這也在一定程度反映出目前我國(guó)EDA 領(lǐng)域各環(huán)節(jié)發(fā)展不均衡的問題.而對(duì)于重點(diǎn)項(xiàng)目，由于限項(xiàng)資助，申請(qǐng)量相對(duì)平均.

綜上所述,重癥膿毒癥患者采用連續(xù)性血液凈化治療,能有效提高患者的乳酸清除率,改善患者的轉(zhuǎn)歸情況,降低血乳酸水平,值得在臨床上進(jìn)行應(yīng)用推廣。

3.4 重大項(xiàng)目

重大項(xiàng)目面向科學(xué)前沿和國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技發(fā)展及國(guó)家安全的重大需求中的重大科學(xué)問題，超前部署，開展多學(xué)科交叉研究和綜合性研究，充分發(fā)揮支撐和引領(lǐng)作用，提升我國(guó)基礎(chǔ)研究源頭創(chuàng)新能力.重大項(xiàng)目按統(tǒng)一規(guī)劃、分批立項(xiàng)，指南指導(dǎo)、定向申請(qǐng)，同行評(píng)議、逐項(xiàng)論證，動(dòng)態(tài)管理、專家驗(yàn)收等方式組織實(shí)施.每個(gè)重大項(xiàng)目圍繞科學(xué)目標(biāo)設(shè)置不多于5個(gè)課題，并分別撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書和課題申請(qǐng)書.重大項(xiàng)目只受理整體申請(qǐng)，項(xiàng)目申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)是其中1 個(gè)課題的申請(qǐng)人.2017—2021年，半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域共立項(xiàng)了6個(gè)重大項(xiàng)目，包含了24 個(gè)課題.項(xiàng)目和課題情況如圖9 所示.2017—2019 年每年立項(xiàng)一項(xiàng)，2020 年立項(xiàng)三項(xiàng).所屬二級(jí)代碼主要集中在F0401～F0404 這四個(gè)二級(jí)學(xué)科代碼.6 個(gè)重大項(xiàng)目中，有3 個(gè)是關(guān)于激光的項(xiàng)目，說明半導(dǎo)體光電子器件與集成目前發(fā)展的需求重大.

圖9 重大項(xiàng)目的項(xiàng)目與課題立項(xiàng)與資助情況

3.5 重點(diǎn)項(xiàng)目

重點(diǎn)項(xiàng)目是支持從事基礎(chǔ)研究的科學(xué)技術(shù)人員針對(duì)已有較好基礎(chǔ)的研究方向或?qū)W科生長(zhǎng)點(diǎn)開展深入、系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，推動(dòng)若干重要領(lǐng)域或科學(xué)前沿取得突破.自然科學(xué)基金委每年的項(xiàng)目指南中會(huì)發(fā)布重點(diǎn)項(xiàng)目?jī)?yōu)先資助領(lǐng)域（重點(diǎn)項(xiàng)目群）和重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)領(lǐng)域.2016—2021年發(fā)布的項(xiàng)目指南項(xiàng)目數(shù)量、申請(qǐng)項(xiàng)目數(shù)量、立項(xiàng)項(xiàng)目數(shù)量和總資助金額如圖10所示.

圖10 重點(diǎn)項(xiàng)目指南、申請(qǐng)、立項(xiàng)、數(shù)量和總資助金額情況

每年發(fā)布的重點(diǎn)項(xiàng)目指南數(shù)量維持在8～11 項(xiàng)，立項(xiàng)數(shù)量8 項(xiàng)或9 項(xiàng).2019 年項(xiàng)目申請(qǐng)數(shù)量最多，是2016年的兩倍，這可能與當(dāng)年大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)驟然加劇的大環(huán)境有關(guān)，研究人員對(duì)于半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件重點(diǎn)領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目關(guān)注度升高.2019年后申請(qǐng)數(shù)量逐步回歸.目前的資助強(qiáng)度基本上維持在約300 萬元/項(xiàng)，每年資助的項(xiàng)目總金額不斷增加.

立項(xiàng)的重點(diǎn)項(xiàng)目二級(jí)學(xué)科代碼分布如圖11 所示.在立項(xiàng)的項(xiàng)目中，集成電路設(shè)計(jì)（F0402）學(xué)科占34%，半導(dǎo)體光電子器件與集成（F0403）學(xué)科占29%，新型信息器件（F0408）學(xué)科占15%，是重點(diǎn)支持的學(xué)科領(lǐng)域，其余學(xué)科代碼相對(duì)較少.

圖11 重點(diǎn)項(xiàng)目二級(jí)學(xué)科代碼占比情況

4 人才類項(xiàng)目情況分析

發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng)人才是國(guó)家自然科學(xué)基金的一項(xiàng)基本任務(wù).除了前文提到的青年科學(xué)基金項(xiàng)目外，國(guó)家自然科學(xué)基金人才項(xiàng)目還包括優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目以及創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目.

創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目的資助額度為每項(xiàng)1 000 萬左右，半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域2016—2021 年期間獲得創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目的單位和項(xiàng)目包括：浙江大學(xué)的“半導(dǎo)體光電材料的微納結(jié)構(gòu)和器件”、中國(guó)科學(xué)院微電子所的“新型微電子器件集成的基礎(chǔ)研究”、南京大學(xué)的“能效半導(dǎo)體材料與信息器件”、西安電子科技大學(xué)的“高效模擬前端集成電路和集成系統(tǒng)”、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的“綠色光子器件研究”.

半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域在2016—2021 年期間，總共立項(xiàng)29項(xiàng)國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目，每年的立項(xiàng)數(shù)量在4～6 項(xiàng)之間，從2019 年開始，項(xiàng)目資助金額由每項(xiàng)350萬元增加到每項(xiàng)400萬元.獲資助項(xiàng)目數(shù)量較多的單位包括北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、復(fù)旦大學(xué)和西安電子科技大學(xué).立項(xiàng)項(xiàng)目二級(jí)代碼學(xué)科的占比情況如圖12所示，除了F0407與F0409未獲資助外，立項(xiàng)項(xiàng)目學(xué)科分布相對(duì)均衡.占比最大的是半導(dǎo)體光電子器件與集成（F0403）學(xué)科，占比21%.

圖12 國(guó)家杰出青年基金二級(jí)代碼占比情況

優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目在2016—2021年期間總共立項(xiàng)61 項(xiàng)，項(xiàng)目資助金額從2021 年開始由原先的每項(xiàng)130萬增加到每項(xiàng)200 萬元.2019 年以前每年立項(xiàng)7 項(xiàng)或8 項(xiàng)，2019 后每年立項(xiàng)11～14 項(xiàng).其中，立項(xiàng)數(shù)量排名前三的優(yōu)勢(shì)單位是中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所、北京大學(xué)和上海交通大學(xué).優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助的學(xué)科代碼占比情況如圖13 所示，除F0409（占比0%）和F0407（占比3%）外，其他學(xué)科代碼分布比較均衡.其中，F(xiàn)0402（占比17%）和F0403（占比18%）占比相對(duì)較高.

圖13 優(yōu)秀青年科學(xué)基金二級(jí)代碼占比情況

5 國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目

半導(dǎo)體領(lǐng)域的重大科研儀器決定了半導(dǎo)體的制造水平，是半導(dǎo)體制造業(yè)的基石，也是目前“卡脖子”嚴(yán)重的領(lǐng)域之一.國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目面向科學(xué)前沿和國(guó)家需求，以科學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，資助對(duì)促進(jìn)科學(xué)發(fā)展、探索自然規(guī)律和開拓研究領(lǐng)域具有重要作用的原創(chuàng)性科研儀器與核心部件的研制，以提升我國(guó)的原始創(chuàng)新能力.

國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目包括部門推薦和自由申請(qǐng)兩個(gè)亞類，資助期限為5年，合作研究單位不超過5個(gè).自由申請(qǐng)類申請(qǐng)人可通過依托單位自行申請(qǐng)，填寫直接費(fèi)用預(yù)算應(yīng)小于1 000 萬元/項(xiàng).部門推薦類應(yīng)當(dāng)經(jīng)以下組織部門推薦申請(qǐng)：教育部、中國(guó)科學(xué)院、自然資源部、工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)、中國(guó)地震局、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、中國(guó)氣象局、中國(guó)工程物理研究院、中央軍委裝備發(fā)展部和中央軍委后勤保障部.申請(qǐng)人填寫直接費(fèi)用預(yù)算應(yīng)大于或等于1 000萬元/項(xiàng).

從2016—2021 年，半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目每年的項(xiàng)目申請(qǐng)、立項(xiàng)及項(xiàng)目資助金額情況如圖14 所示.每年的申請(qǐng)數(shù)量基本上維持在19～26 項(xiàng)，每年立項(xiàng)1～4 項(xiàng).立項(xiàng)項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容包括等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備（CVD）、MEMS裝備、氮化物柔性襯底制備、深紫外時(shí)間和空間分辨壓力光譜系統(tǒng)、納米集成電路邊緣缺陷測(cè)試分析儀、碳化硅高性能中子探測(cè)系統(tǒng)、光聲光譜儀等重大科研儀器.在貿(mào)易戰(zhàn)以及他國(guó)技術(shù)遏制背景下，2019 年自由申報(bào)數(shù)量和立項(xiàng)數(shù)量最多，并且立項(xiàng)了部門推薦項(xiàng)目“半導(dǎo)體器件氧化層電缺陷演化原位分析系統(tǒng)”，助力我國(guó)半導(dǎo)體器件領(lǐng)域發(fā)展.

圖14 重大科研儀器研制項(xiàng)目申請(qǐng)、立項(xiàng)及項(xiàng)目資助金額情況

6 典型資助成果

“十三五”至“十四五”期間，在自然科學(xué)基金委不同類型項(xiàng)目的支持下，半導(dǎo)體科學(xué)與信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)前沿研究取得了創(chuàng)新成果.典型成果舉例如下.

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，后摩爾時(shí)代的芯片競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)逐漸從工藝線寬減小轉(zhuǎn)向算力提升.傳統(tǒng)的馮·諾依曼計(jì)算架構(gòu)采用存儲(chǔ)與運(yùn)算分離的設(shè)計(jì)方法，在計(jì)算過程中數(shù)據(jù)需要在存算模塊之間反復(fù)搬運(yùn)，從而消耗了大量的時(shí)間和能量，也限制了芯片算力的進(jìn)一步提升.

為了突破存算分離架構(gòu)導(dǎo)致的算力瓶頸，利用新型半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算的一體化（存算一體）成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn).在國(guó)家自然科學(xué)基金（應(yīng)急管理項(xiàng)目61851404）資助下，清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)在基于憶阻器的存算一體研究領(lǐng)域取得突破.通過器件、架構(gòu)和系統(tǒng)創(chuàng)新，開發(fā)了面向大規(guī)模集成的憶阻器加工工藝，實(shí)現(xiàn)了憶阻器卷積網(wǎng)絡(luò)的完整硬件實(shí)現(xiàn).該存算一體硬件系統(tǒng)，在圖像識(shí)別準(zhǔn)確率相當(dāng)?shù)那闆r下，具有比現(xiàn)有GPU 更高的能效優(yōu)勢(shì)，為突破現(xiàn)行計(jì)算架構(gòu)“存儲(chǔ)墻”限制提供了新路徑［3］.

設(shè)計(jì)新型外圍信號(hào)處理模塊，優(yōu)化硬件制造工藝，發(fā)展基于同質(zhì)器件架構(gòu)的存儲(chǔ)陣列模塊和外圍信號(hào)處理模塊，提高模塊集成兼容性及滿足阻抗高度匹配，是實(shí)現(xiàn)高算力、高能效的關(guān)鍵.在國(guó)家自然科學(xué)基金（面上項(xiàng)目61974050）的資助下，華中科技大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)合作，基于二維半導(dǎo)體材料與鐵電襯底近鄰耦合物理機(jī)制，發(fā)展同質(zhì)晶體管-存儲(chǔ)器架構(gòu)，在存算一體化神經(jīng)形態(tài)計(jì)算硬件領(lǐng)域取得新進(jìn)展，為解決模塊集成兼容性差、阻抗不匹配導(dǎo)致的集成度、算力、能效受限問題提供了新思路，推動(dòng)了高性能神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)、制造和實(shí)際應(yīng)用［4］.

在光電子器件方面，Ⅰ型、Ⅱ型量子阱結(jié)構(gòu)的銻化物半導(dǎo)體在中紅外波段呈現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光效率，其制備技術(shù)日趨成熟，已成為研制高性能半導(dǎo)體中紅外激光器的理想材料體系.近年來，銻化物半導(dǎo)體中紅外激光器技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，在紅外光電裝備、激光制造、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療儀器和量子通信等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用.在國(guó)家自然科學(xué)基金（重大項(xiàng)目61790580）的資助下，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所團(tuán)隊(duì)在銻化物低維結(jié)構(gòu)中紅外激光器基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面取得重要進(jìn)展.提出AlSb/AlAs/AlSb/GaSb 短周期超晶格數(shù)字合金結(jié)構(gòu)，提升了室溫下激子發(fā)光效率，率先突破2 μm波長(zhǎng)大功率激光器的室溫連續(xù)發(fā)光.該激光器在室溫下連續(xù)輸出功率達(dá)到最大值40 mW 時(shí)，邊模抑制比大于40 dB，是目前該類銻化物單模激光器的國(guó)際最優(yōu)性能［4］.

7 總結(jié)

本文總結(jié)分析了“十三五”至“十四五”期間F04 代碼下各類型項(xiàng)目的資助情況，展現(xiàn)了自然科學(xué)基金委信息科學(xué)部近年來對(duì)半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的資助特點(diǎn)，希望可以為國(guó)內(nèi)科研院所、企事業(yè)單位的研究人員了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向提供借鑒.

國(guó)家自然科學(xué)基金委“十三五”期間在半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展方向是微納集成電路和新型混合集成技術(shù)，主要研究方向包括新型低功耗器件及電路理論、納米單片集成電路技術(shù)、微納傳感器及異質(zhì)集成融合技術(shù).信息科學(xué)部除通過面青地、重點(diǎn)、重大等常規(guī)項(xiàng)目外，還另外布置“集成電路3～5 納米節(jié)點(diǎn)器件基礎(chǔ)問題研究”應(yīng)急管理項(xiàng)目、“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃以及“模擬集成電路敏捷設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)”專項(xiàng)項(xiàng)目等加大對(duì)優(yōu)先發(fā)展方向的支持.

國(guó)家自然科學(xué)基金委自2019 年啟動(dòng)了《國(guó)家自然科學(xué)基金“十四五”發(fā)展規(guī)劃》和《2021—2035 年科學(xué)基金中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》編制工作，2021年信息科學(xué)部陸續(xù)發(fā)布了“十四五”優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，主要包括：（1）寬禁帶半導(dǎo)體；（2）后摩爾集成電路.希望通過加強(qiáng)對(duì)這兩個(gè)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域的支持，使我國(guó)在半導(dǎo)體科學(xué)與信息器件的基礎(chǔ)研究方面取得更顯著的成效.