在日前於比利時舉行的年度Imec技術論壇(Imec Tech Forum;ITF)上,來自全球的研究人員深入探討多項專案的最新研究進展,反映當今電子學研究的深度和廣度,包括進一步探索先進CMOS技術背後的分子物理學,以及對於最新技術政策的辯論等。

由於「歐盟通用資料保護條例」(GDPR)上路,Imec研究人員展示雷達作為監控攝影機的替代方案,在保護個人身份的前提下提供資料。這些系統瞄準用於智慧建築、偵測並追蹤移動的機器人,以及人類的呼吸和心率等生命徵象。

相較於大多數的攝影機,雷達可在黑暗中運作、提供3D影像資料,而且更易於融入環境中。然而,雷達的成本較高,部份原因就在於其產量較低。

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研究人員的展示包括7GHz和77GHz雷達,分別使用各種不同的機器學習演算法來追蹤機器人的動作。不過,哪些頻率最適於智慧建築用雷達,至今仍不明朗。

Imec物聯網(IoT)總監Katherine Philips表示:「目前仍然充斥著多種選擇,但卻沒有進一步的監管或標準化給予指導方向——而且市場也還在不斷湧現中。」

20180626_Imec_NT31P1 雷達訊號可用於檢測心跳和呼吸,但並未達到醫學級的準確度(來源:Imec)

提升無線元件速度

Imec描述了一項探索三五族(III-V)製程和新電路設計的新計劃,以打造更快、更高效且仍相容於CMOS製程的射頻(RF)元件。該技術旨在服務從5G蜂巢式網路到太赫茲(THz)成像的廣泛應用。

研究人員致力於這方面的努力,有一部份是受到需要更小蜂巢式前端模組以支援越來越多頻段的驅動。此外,其目標也在於減少相控陣列中所需的天線數量。

Imec高速類比RF計劃經理Nadine Collaert表示:「蜂巢式系統所需的開關、功率放大器(PA)和濾波器數量似乎每一世代都會增加一倍,如今,5G還增加了毫米波(mmWave)的支援。」

該計劃體認到CMOS已無法跟上所要求的速度,但III-V族製程技術看來則有較好的發展前景。例如,她說,氮化鎵(GaN)「可應用於基地台,我們認為這對於[毫米波]小型蜂巢式基地台以及甚至是手機來說都是非常重要的。」

該研究計劃尋求透過CMOS整合更多新製程和設計的方式。它將探索諸如使用混合3D電路堆疊等技術。

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夥伴。該研究機構認為,這項計劃將在高速有線網路、成像和60GHz以上蜂巢式回程網路等領域實現衍生的更多優勢。

另一項研究計劃由位於佛羅里達州奧西歐拉郡(Osceola County, Florida)的Imec實驗室進行開發,致力於打造一款可調諧0~1.3-THz成像系統的原型。其目標在於大幅削減當今雷射掃描器的成本達一半以上,使其得以用於檢測從消費品包裝到核電廠螺紋鋼筋等各種用途。

20180626_Imec_NT31P2 為了滿足未來所需要的速度,RF元件必須升級到使用III-V族材料,且仍然相容於CMOS製程

為固態鋰電池充電

業界對於電動車(EV)市場加速進展的預期,推動著對於更密集、更安全的電池興趣。Imec目前正與業界夥伴合作,在當今的鋰離子電池中採用矽作為陽極替代石墨,從而提高了50%的密度。

鋰離子預計即將達到矽陽極的極限。下一個重大的飛躍進展是最終在固態電池中使用鋰金屬。有鑑於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塗層。這種塗層可作為離子與電子之間的介面,用於延長其密度並加快充電時間。

20180626_Imec_NT31P3 比利時一家擁有電池專業知識的材料和回收公司Umicore,展示其電池技術的開發藍圖(來源:Umicore)

LoRa打造防洪監控利器

Imec資深研究員Johan Bergs展示了目前部署於比利時安特衛普(Antwerp)北部的一個測試系統,關鍵在於其中利用15個LoRa節點。該LoRa網路可在洪水開始襲捲城市供水系統之前,即時且準確地向第一緊急應變中心發出警報。

這只是Imec和市政府之間廣泛合作的案例之一,它使Antwerp成為專注於物聯網計劃的一座開放實驗室。它在法蘭德斯(Flanders)地區建構的開放資料準則管理下順利運作。

20180626_Imec_NT31P4 LoRa網路導入比利時Antwerp智慧城市的試點計劃

智慧型手機螢幕上的指紋…

想像一下,如果您的手指觸摸了手機顯示器表面的任何部份,就可以解鎖智慧型手機,那麼它其實已經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概念——這種顯示器技術能夠在AMOLED上產生每平方英吋超過1,000個畫素。

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旁製圖薄膜光電探測器而製造的。目前,至少有兩家智慧型手機製造商參與了這項計劃。

20180626_Imec_NT31P5 Imec的研究方法還可用於解決掌紋問題

低成本液體冷卻技術

Google最近宣佈使用液體冷卻技術支援其最新的人工智慧(AI)加速器。預計其他業者可能也需要類似的熱支援技術,因此,Imec研究人員開發了一種能以3D列印打造的塑料元件。

研究人員聲稱,這種塑料元件可以提供較當今技術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。

20180626_Imec_NT31P6 液體冷卻器現在也能以3D列印塑料元件打造

回歸原子級

Imec研究人員Sergiu Clima在荷語天主教魯汶大學(KU Leuven)取得材料模擬和分析博士學位後加入該研究機構,開始探索影響先進CMOS製程的各種分子級現象。當時,代工廠才開始採用極紫外光(EUV)微影技術打造接近20nm的特徵尺寸。

20180626_Imec_NT31P7 Imec研究人員Sergiu Clima很早就開始以模擬途徑探索奈米級效應

渲染逼真的全息圖

在遙遠的銀河系中,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鄰近的大學中,教授Peter Schelkens正在探索實現這一目標的道路。

Schelkens展示使用電腦產生的影像和全息編解碼器打造數位全息圖的最新進展,這項計劃有助於使Denis Gabor在1948年首次發現的技術向前邁進一大步。

如今,全息圖已經用於顯微鏡,但來自微軟(Microsoft)和輝達(Nvidia)等公司的宏觀全息圖仍然使用相對較小的畫素集。計算、傳輸和渲染逼真的Princess Leia所需的密集畫素雲,為Schelkens等學者帶來了諸多挑戰。

20180626_Imec_NT31P8 以64K x 64K解析度顯示的粗略全息圖

編譯:Susan Hong

(參考原文:8 Views from Imec’s Researchers,by Rick Merritt)