后摩尔时代新器件基础研究重大研究计划.doc

后摩尔时代新器件基础研究重大研究计划2019年度项目指南本重大研究计划面向芯片自主发展的国家重大战略需求,以芯片的基础问题为核心,旨在发展后摩尔时代新器件和计算架构,突破芯片算力瓶颈,促进我国芯片研究水平的提升,推动我国在芯片领域的科技创新。一、科学目标 本重大研究计划面向未来芯片算力问题,聚焦芯片领域发展前沿,拟通过信息、数理、材料、工程、生命等多学科的交叉融合,在超低能耗信息处理新机理、载流子近似弹道输运新机理、具有高迁移率与高态密度的新材料、高密度集成新方法以及非冯计算新架构等方面取得突破,研制出1fJ以下开关能耗的超低功耗器件和超越硅基CMOS载流子输运速度极限的高性能器件,实现算力提升2个数量级以上的非冯架构芯片,发展变革型基础器件、集成方法和计算架构,培养一支有国际影响力的研究队伍,提升我国在芯片领域的自主创新能力和国际地位。二、核心科学问题针对后摩尔时代芯片技术的算力瓶颈,围绕以下三个核心科学问题展开研究:(一)CMOS器件能耗边界及突破机理。需要重点解决以下关键问题:探寻CMOS器件进行单次信息处理的能耗边界,研究突破该边界的新机理,实现超低能耗下数据的计算、存储和传输。(二)突破硅基速度极限的器件机制。需要重点解决以下关键问题:在探索同时具备载流子长自由程和高态密度的新材料体系基础上,研究近似弹道输运的器件机理,实现突破硅基载流子速度极限的高性能器件。(三)超越经典冯∙诺依曼架构能效的机制。需要重点解决以下关键问题:探寻计算与存储融合的机制与方法,并结合新型信息编码范式,实现新型计算架构,突破冯∙诺依曼架构的能效瓶颈。三、2019年度重点资助研究方向(一)培育项目。围绕上述科学问题,以总体科学目标为牵引,2019年度对于探索性强、选题新颖、前期研究基础较好的申请项目,将以培育项目方式予以资助,建议研究方向包括但不限于以下内容:。探索突破CMOS器件开关能耗瓶颈的新原理并研制超低功耗器件。研究与CMOS工艺兼容的材料和器件制备方法、影响器件性能的新效应与新机制以及针对不同应用场景的电路设计等。鼓励和数理科学、工程与材料科学等学科的交叉研究。。探寻具备载流子长自由程与高态密度的半导体新材料体系。研究其材料生长、表征、异质集成方法以及进行器件制备的关键工艺,关注器件与电路集成对材料特性的需求、材料制备与集成过程中缺陷形成机制、极限尺度下物理特性的可控性等。鼓励和工程与材料科学等学科的交叉研究。。探索载流子的近似弹道输运机制及其实现方法,研制出超越硅基CMOS器件开关速度的新原理高性能器件。研究集成工艺环境下载流子速度退化机理、抑制载流子速度退化的结构设计与工艺方法、极端条件下的器件表征、器件模型与仿真以及面向不同应用的电路设计等。鼓励和数理科学、工程与材料科学等学科的交叉研究。。研究利用材料结构、电荷分布、分子极化、电子自旋等状态改变进行信息存储的新原理,并研究磁场、电场、光场及混合场效应对状态改变的调控机理,关注存储材料的筛选和改性,设计适于高密度集成的器件结构,在关键集成工艺突破的基础上,研制出新原理存储器件及阵列。鼓励和工程与材料科学、数理科学等学科的交叉研究。。探索不同于经