zppfj.com 2024年临近尾声，在这一年又有哪些技术得到了突破？这些技术又将如何影响我们的生活？EDN分析师团队将继续从行业背景、技术思路和未来应用三个层面出发，为读者朋友们献上2025年最值得关注的前沿技术！
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关注一：核能新纪元：民用核电池问世
关注二：超低功耗的下一代相变存储器
关注三：声子学或引领无线技术革命
关注四：突破1纳米，亚纳米级晶体管已出现
关注五：石墨烯半导体问世，10倍于硅的性能
关注六：首个高速6G无线设备：比5G快20倍
关注七：室温运行的量子存储器，让量子网络成为可能
关注八：虚空生电？二氧化碳发电机
其他技术
2023年末，EDN分析师团队从过去一年报道的各大前沿技术中，挑选出了十项读者反馈最多的前沿技术进行了评分，涵盖从脑机接口和微型器件到太阳光数据传输和固态电池等多个领域。而在2024年这些技术已有不少取得了不俗的进展：
- 2024年1月，脑机接口技术正式进入人体实验阶段，马斯克的Neuralink公司成功完成了全球首例人体脑机接口芯片植入手术；
- 2024年3月，新能源汽车也正式进入了固态电池时代，智己汽车发布了旗舰车型智己L6，这款车型搭载了行业首个量产的超快充固态电池；
- 2024年5月，活体计算开始走进现实，瑞士初创公司FinalSpark发布了全球首款活体计算平台——Neuroplatform……
如今2024年也临近尾声，在这一年又有哪些技术得到了突破？这些技术又将如何影响我们的生活？EDN分析师团队将继续从行业背景、技术思路和未来应用三个层面出发，为读者朋友们献上2025年最值得关注的前沿技术！
关注一：核能新纪元：民用核电池问世
行业背景：核能在军工、航天和电力生产等领域的应用早已屡见不鲜，而在近年，核能的商用和民用化进展也在逐步加快，例如2024年初，北京贝塔伏特新能科技有限公司就成功研制出了首款可供民用的微型原子能电池BV100，可以实现50年稳定自发电，并计划于2025年推出功率为1W的电池。值得一提的是，该公司还入选了《EE Times》2024年的Silicon 100榜单，这表明核电池的规模化应用正在受到越来越多的关注。
技术思路：核电池，又称原子能电池或放射性同位素电池，其工作原理是利用核同位素衰变释放的能量，通过半导体转换器吸收转化为电能，这种电池的特点包括抗干扰性强、稳定可靠、能量密度高，且能持续工作多年甚至上百年。
BV100作为世界上首块即将量产的核电池，采用镍-63作为能量源、金刚石半导体作为能量转换器，功率为100μW，电压3V，尺寸为15X15X5mm，1克电池中可存储3300mWh的能量，能量密度是三元锂电池的10倍以上，并且其可在零上120度和零下-60度范围内正常工作，没有自放电。
未来应用：核电池的未来发展将集中在提高能量转换效率、减小体积和重量、增强安全性、降低环境影响、降低成本等方面，可为航空航天、AI设备、医疗器械、MEMS系统、高级传感器、小型无人机和微型机器人等应用提供电力。
技术突破性：★★★★☆
商业化进展：★★★☆☆
关注二：超低功耗的下一代相变存储器
行业背景：相变存储器（PCM）是一种十分有发展潜力的新型存储技术，目前市面上已经有部分量产的相变存储产品，如英特尔与美光联合研发的3D Xpoint，三星的PRAM，还有时代全芯的“溥元611”等，不过受限于本身高昂的制造成本以及能耗，相变存储器在新型存储器的市场竞争中并不占优。
技术思路：相变存储器是一种利用物质在非晶态和晶态之间电阻状态的变化来存储或处理信息的存储器件，往往需要很大的电流来进行复位过程，器件的功耗较高，同时现有的相变存储器一般采用超精细半导体曝光工艺制造，制造成本昂贵。
而在2024年4月，韩国科学技术院的研究团队成功开发出了一种超低功耗的下一代相变存储器，通过形成相变纳米丝来降低PCM的复位电流，无需昂贵的曝光工艺，在不牺牲制造成本的情况下，可实现超低的复位电流（约10 μA），要比传统PCM小一到两个数量级。
未来应用：随着制造成本和能耗的进一步降低，相变存储器在需要高速、高密度、低功耗存储解决方案的领域，例如人工智能、大数据处理、物联网和边缘计算等新兴领域具有十分广阔的应用前景。
技术突破性：★★★☆☆
商业化进展：★★★★☆
关注三：声子学或引领无线技术革命
行业背景：现代的无线通信设备中往往会涉及大量的无线电波和声波的相互转换，需要很多的压电滤波器来提供支持，这些压电滤波器不但会占据大量的空间，并且由于多次的转换会损失很多的能量，造成很多不必要的能量消耗。美国的一研究团队通过声子学的方法，开发了一种新的材料，并声称这一材料可能引领无线技术的下一次革命，有望将手机和其他无线通信设备的尺寸缩小到原来的百分之一。
技术思路：美国亚利桑那大学怀恩特光学科学学院和桑迪亚国家实验室的研究人员在带有铌酸锂薄层的硅晶片上，添加了一层含有砷化铟镓的超薄半导体层，这种结构让穿过材料的声波能影响砷化铟镓半导体薄膜中的电荷分布，从而导致声波能以可控制的特定方式混合，穿过系统的声波在穿过材料时会以非线性方式表现，进而能够改变频率和编码信息。
未来应用：这是声子学实际应用中的一个重要的里程碑，将常以完全线性方式表现的声子转换为非线性表现，从而进行操控，能够极大的减少无线通信设备中压电滤波器的数量，进而减小各类无线通信设备的体积和重量，使设备变得更小、更高效、更强大。
技术突破性：★★☆☆☆
商业化进展：★☆☆☆☆
关注四：突破1纳米，亚纳米级晶体管已出现
行业背景：目前3nm工艺的晶体管已经进入了消费市场，各家厂商也在持续推进2nm甚至1nm的工艺，根据行业规划，1nm级芯片预计将在2027年至2030年实现量产，例如台积电的1nm厂预计最快能够在2026年动工，2027年试产，2028年量产，英特尔的最新晶圆代工蓝图也显示，其10A(1nm制程)将于2027年底投入生产/开发。而在距1nm晶体管量产还很遥远的2024年，比1nm还小的亚纳米级晶体管已经出现了。
技术思路：在传统半导体制造工艺中，由于光刻分辨率的限制，将栅极长度减小到几纳米以下几乎是不可能的，韩国基础科学研究所（IBS）的研究团队利用一种天然的一维金属——二维半导体二硫化钼（MoS₂）的镜面孪晶边界（MTB），成功的突破了这一限制。
该团队通过在原子水平上控制现有二维半导体的晶体结构，将其转化为一维MTB，实现了一维MTB金属相，这种金属相的宽度仅为0.4纳米，而由其制造的晶体管栅极长度仅为3.9纳米。
未来应用：这种新型材料工艺，可应用于超小型半导体工艺，有望成为未来开发各种低功耗、高性能电子器件的关键技术。
技术突破性：★★☆☆☆
商业化进展：★★☆☆☆
关注五：石墨烯半导体问世，10倍于硅的性能
行业背景：石墨烯是一种单层碳原子以六角晶格排列的材料，因其独特的狄拉克锥能带结构而备受瞩目。不过，这种结构也导致了其无带隙的特性，限制了它在逻辑电路中的应用潜力。然而，研究人员已经找到了有效调制石墨烯带隙结构的策略，这对于石墨烯电子学的发展至关重要。
技术思路：天津大学及佐治亚理工学院的联合团队在使用特殊熔炉在碳化硅（SiC）晶圆上生长石墨烯时取得突破。通过对生长环境的温度、时间及气体流量进行严格控制，确保碳原子在碳化硅衬底上能形成高度有序的结构，制造得当时，外延石墨烯会与碳化硅发生化学键合，并开始表现出半导体特性。而这种半导体石墨烯的电子迁移率远超硅材料，表现出了十倍于硅的性能，并且拥有硅材料所不具备的独特性质。
未来应用：石墨烯带隙为零这一大关键问题被解决，为其未来应用找到了新的突破口，包括集成电路、场效应晶体管、大功率LED散热、可穿戴电子器件、石墨烯化学传感器等各种应用。但石墨烯半导体很大可能像碳化硅和氮化镓一样，为半导体制造和下游产品，给出更多选择，并非取代硅技术。
技术突破性：★★★☆☆
商业化进展：★★★☆☆
关注六：首个高速6G无线设备：比5G快20倍
行业背景：随着5G技术逐渐演进完成，5.5G以及6G技术相关的研究也开始崭露头角，在2024年5月，日本电信公司联盟（包括DOCOMO、NTT Corporation、NEC Corporation和Fujitsu）宣布推出了全球首款6G原型设备，其数据传输速度达到100Gbps，是当前5G网络最大数据速率(4.9Gbps)的约20倍，传输距离可以达到100米。
技术思路：5G信号通常在6 GHz以下的频段传输，并扩展到40 GHz左右的频段，即所谓的“毫米波频段”。而6G预计将在更高的频段上运行，即所谓的“次太赫兹”频段，位于100 GHz到300 GHz之间。然而，高频率会带来一个问题，就是高频率传播的穿透性弱，容易受到物理阻挡，比如墙壁和建筑物的干扰。
为了解决高频段传输的干扰问题，NEC开发了一种利用分布式天线的技术，使得分布式MIMO系统本身能够预测移动终端的位置并选择合适的分布式天线。除此以外，DOCOMO主要是开发100GHz相应的无线传输设备，NTT负责开发300GHz频段的无线设备，富士通则是利用化合物半导体技术，在高输出放大器中实现了世界最高功率效率，在这几家日本主要的电信公司共同合作下，这台6G原型机才得以面世。
未来应用：5G技术已经应用几年时间了，它的出现为远程医疗、自动驾驶、智能制造、智慧城市、虚拟现实等领域带来了革命性的进步。而6G将在5G基础上，从服务于人、人与物，进一步拓展到支撑智能体的高效互联，并且6G将推动沉浸感更强的全息视频，实现物理世界、虚拟世界、人的世界三个世界的联动，推动人类进入一个全新的全息通信时代。
技术突破性：★★★☆☆
商业化进展：★★★★☆
关注七：室温运行的量子存储器，让量子网络成为可能
行业背景：量子存储是量子网络中实现量子信息传输、处理和存储的关键技术之一，不过长期以来，世界各地的研究人员一直在设计基于冷原子、分子气体和超材料等的量子信息存储系统，但其中许多方法都很复杂，难以制造，而且需要在超低温下运行。在2024年，有研究团队成功研制出可在室温下运行的能够量产的量子存储器，为量子网络的现实扩展开辟了一条道路。
技术思路：早在2022年瑞士巴塞尔大学的研究人员就通过将单个光子引导到玻璃单元中证明了室温运行铷蒸气量子存储器的可行性，不过这种存储器在当时有几厘米大并且是手工制作的无法量产。
后续研究人员发现，从硅晶片上蚀刻而成的直径仅为5mm、厚度仅为2mm的微加工MEMS单元也可以实现相同的量子存储功能。在此基础上，研究人员使用红外激光将单元加热到约100℃，以增加其蒸气压，来优化光子原子的相互作用，并且还将该单元置于1T的磁场内，使用额外的激光泵送，以改变铷蒸气原子中的能级，进一步提高其性能。
未来应用：量子存储是量子网络中不可或缺的一部分，它的发展对于量子通信、量子计算以及未来量子互联网的构建具有重要意义。
技术突破性：★★☆☆☆
商业化进展：★★☆☆☆
关注八：虚空生电？二氧化碳发电机
行业背景：二氧化碳作为温室气体长期被视为碳中和实现过程中需要被解决的难题，2022年，中国科学家通过电催化结合生物合成的方式利用二氧化碳，成功将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，进一步利用微生物合成了葡萄糖和脂肪酸，而在2024年，有研究团队建造了能够吸收二氧化碳进行发电的纳米发电机。
技术思路：这种纳米发电机由两部分组成：工业上用于吸收二氧化碳的聚胺凝胶和只有几个原子厚的硝酸硼骨架。这两种材料可产生正离子和负离子，只要使正离子比负离子更大就能产生扩散电流，因为不同尺寸的离子会以不同的速度移动，然后将该电流放大就能够为电子设备供电。
澳大利亚昆士兰大学的研究团队将聚胺凝胶和硝酸硼骨架嵌入到水凝胶中，水凝胶被切成4厘米的圆盘和小矩形，并在充满二氧化碳的密封盒中进行测试。最终，发电机原型成功发出电信号，并收集到了二氧化碳气体本身携带的总能量的约1%。
未来应用：二氧化碳发电机的出现成功使温室气体成为了一种新的资源，前景非常广阔，不仅可以用在手机或笔记本电脑等便携式设备上，为其提供长时间的续航，也可将这项技术与工业二氧化碳捕获过程相结合进行大规模的发电，助力可持续发展。
技术突破性：★★☆☆☆
商业化进展：★☆☆☆☆
其他技术
除了2023年所推荐的值得关注的前沿技术外，在2024年也有不少其他技术取得了不错的进展，以下罗列文章链接方便读者参详：
评论列表（1条）
Hello, you used to write fantastic, but the last several posts have been kinda boring?K I miss your super writings. Past few posts are just a little bit out of track! come on!