【编者按】今年是我校80周年校庆，同时恰逢我院前身应用物理系成立45周年，一代代“微电子人”前赴后继、攻坚克难、追求卓越，在微电子领域理论研究和应用实践中取得了骄人的成绩，为国家科技自立自强做出了卓越的贡献。新时代以来，学院与时俱进，不断推进学科革新，尤其是年轻一代的学者们，他们勇于创新、开拓进取，开启了学院发展的新篇章。为迎接校庆院庆，本栏目将系列报道学院近期涌现出的一些新的学科增长点，进一步促进方向凝练和学科交叉，推动学科水平的提升。

基础三维无源元件的片上自卷曲技术

实现片上无源元器件的小型化一直是功率、射频和微波集成电路研究领域的关键瓶颈问题。在射频微波和功率芯片中，有源晶体管的数量相对较少，而基础无源元件（如电感和电容）不仅数量较多，而且占据了芯片的大部分面积，成为此类芯片微型化的瓶颈。造成这一问题的根本原因是基于传统平面半导体工艺制造的无源元件只能存在于2D或2.5D结构中，这制约了它们限制电磁场的能力，导致可获得的能量密度降低。为解决这一问题，必须突破现有二维或二维半的研制框架，实现真正的三维结构集成。自卷曲技术应运而生，通过利用多层平面薄膜的内应力实现了高度集成的三维卷式结构，显著减少了无源元件的占地面积。由多层膜制备的三维管状结构在各个领域展示了创新的应用，包括传感器、探测器、场效应晶体管、微型电机系统和可重构无源元器件，并被广泛应用于微电子、光学和生物医学等领域。大多数报道的自卷曲纳米技术与常规的半导体工艺兼容，并且能够实现晶圆级批量制造。

黄文教授团队依托国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”专项项目，深入开展了基础三维无源元件的单片高集成度自卷曲技术研究，并取得了一系列重要突破。研究聚焦于国家新一代电子信息器件制造的重大战略需求，旨在突破传统无源元件设计与制造的瓶颈，推动片上自卷曲技术的创新发展。成功开发出高性能、小型化的片上自卷曲元器件的工艺制程，形成了特色鲜明的电-磁-力-热-能学科交叉新方向，建立起从基础理论研究-实验室小试-示范级中试到产业化的全流程研究与工程开发能力。图1展示了自卷曲器件在设计、工艺制造和应用三个方面的综合情况。

图1 自卷曲器件的设计、制造和应用

作为片上3D射频自卷曲电子元器件研究领域的引领团队，黄文教授团队在Nature Electronics、Nature Communications、Science Advances国际著名期刊已发表一作或通信作者论文4篇，取得了重要的里程碑式成果。2025年团队在Nature Communications上发表的研究成果，在该领域第一次实现了3D射频自卷曲电子元件在商用4英寸产线上的批量制造，解决了3D元件难以从晶圆上无损剥离的瓶颈问题。与当前主流商用元件相比，3D射频自卷曲电感的品质因数远超过了同类产品，电感密度提升了3个数量级以上。该技术不但缩小了当前常规核心射频基础元件体积或占用芯片面积10-100倍，还使得片上制造和集成高感值和高容值元件成为可能。这些突破性成果对于研制高集成度、小型化射频芯片和模块有着重要的意义，特别适合应用于对体积和重量有严苛要求的应用场景。图2展示了金属驱动自卷曲微电子工艺制程示意图，元件设计的多样性，以及在4英寸晶圆上制造的高成品率3D射频自卷曲电感。

图2 金属驱动自卷曲的微电子工艺制程

2024年黄文教授团队在Applied Physics Letters期刊发表的“自卷曲无源电子纳米技术”研究领域的前瞻性综述，深入探讨了芯片上三维管状无源元器件的研究动态、发展趋势和亟待解决的若干重要科学和技术问题。该前瞻性综述系统性的介绍了3D管状无源元器件的制造方法，展示了代表性的元器件和应用，讨论了多物理场建模技术，介绍了可重构管状无源元件技术，并对该研究领域下一步发展存在的若干重要科学和技术问题进行了探讨。图3展示了多种自卷曲管状无源元件。

图3 自卷曲管状无源元件(a)变压器 (b)谐振器及滤波器 (c)微电极 (d)电阻 (e) 波导 (f) 螺旋天线 (g) 耦合器 (f)肖特基二极管

自卷曲技术在射频微波芯片、功率芯片以及生物技术领域展现出巨大的应用潜力。凭借其显著的技术优势和实际应用价值，为进一步推进射频芯片的高集成度与微型化奠定了坚实基础，并为相关领域的技术创新开辟了广阔的前景。目前，黄文教授团队已形成具有自主知识产权的自卷曲元器件技术平台，包括自卷曲电感、自卷曲电容以及逆卷曲可重构微波器件等关键技术。突破当前基础无源元件小型化技术瓶颈，推动了其研制方法的革命性进展。