2013美國材料研究協(xié)會(huì)秋季會(huì)議

2013美國材料研究協(xié)會(huì)秋季會(huì)議

2013年12月1 ～6日，“2013年度美國材料研究協(xié)會(huì)秋季會(huì)議”于美國馬薩諸塞州波士頓市隆重舉行。美國材料研究協(xié)會(huì)是全球范圍內(nèi)材料學(xué)領(lǐng)域極有影響力的重要盛會(huì)，旨在為學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及政府的科研工作人員提供一個(gè)跨學(xué)科的交流平臺(tái)，促進(jìn)材料研究的發(fā)展，以提高人類的生活品質(zhì)。

美國材料研究協(xié)會(huì)始建于1973年，目前已經(jīng)擁有來自70多個(gè)國家和地區(qū)的超過16 000名注冊(cè)會(huì)員，并且仍在不斷增長。本次會(huì)議共設(shè)置了51個(gè)專題討論會(huì)，超過5 700個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告，內(nèi)容涵蓋石墨烯及其他二維材料的生長、性能以及應(yīng)用，納米線和納米管，界面表征與再生能源，復(fù)雜半導(dǎo)體材料及器件，先進(jìn)核技術(shù)材料，仿生結(jié)構(gòu)材料工程和應(yīng)用等多個(gè)不同的材料學(xué)研究領(lǐng)域，體現(xiàn)了其多學(xué)科交叉式交流的特點(diǎn)。

以彈性應(yīng)變工程為主題研討會(huì)首次亮相美國材料研究協(xié)會(huì)年度會(huì)議

在本次大會(huì)上，由美國麻省理工學(xué)院李巨教授、美國約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授、西安交通大學(xué)單智偉教授和美國海思創(chuàng)公司奧登·沃倫(Oden Warren)博士組織的以彈性應(yīng)變工程(Elastic Strain Engineering)為主題的研討會(huì)首次亮相美國材料研究協(xié)會(huì)年度會(huì)議，便引起廣泛關(guān)注。由于材料“越小越強(qiáng)”的特性，納米線、納米管、納米顆粒、薄膜等納米結(jié)構(gòu)的材料能夠承受遠(yuǎn)高于塊體材料的應(yīng)力而不發(fā)生塑性形變或斷裂，這使得通過連續(xù)控制材料在6個(gè)維度上的彈性應(yīng)變來調(diào)控材料的物理化學(xué)性能成為了可能，大大擴(kuò)展了材料性能優(yōu)化的調(diào)節(jié)空間。彈性應(yīng)變工程研討會(huì)將彈性應(yīng)變的理論研究和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，討論了包括應(yīng)變硅、一維納米功能材料、二維功能氧化物薄膜、二維原子層(石墨烯、二硫化鉬等)在內(nèi)的不同種類、維度的材料體系，通過不同的方式施加彈性變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)以及電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、催化等物理化學(xué)性質(zhì)的可控調(diào)節(jié)。這次研討會(huì)使研究不同領(lǐng)域材料彈性應(yīng)變的科研工作者們匯聚一堂，進(jìn)行了深入交流和探討，為今后該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路。研討會(huì)期間，IBM公司Devendra K.Sadana博士、佐治亞理工學(xué)院的王中林院士、哥倫比亞大學(xué)James Hone教授、康奈爾大學(xué)Darrell G.Schlom教授等多名國際知名材料學(xué)家分別作了精彩報(bào)告。

Devendra K Sadana博士

IBM公司Devendra K Sadana博士在題為“應(yīng)變硅工程的過去、現(xiàn)在和未來”(The Past，Present and Future of Strained Silicon Technology)的報(bào)告中，回顧了應(yīng)變硅工程的歷史，并介紹了多種已經(jīng)應(yīng)用或者具有應(yīng)用前景的對(duì)硅施加應(yīng)變的方法。盡管人們很早就認(rèn)識(shí)到應(yīng)變能夠改變半導(dǎo)體中載流子的移動(dòng)能力，但直到20世紀(jì)90年代應(yīng)變硅技術(shù)才被應(yīng)用在半導(dǎo)體行業(yè)。而如今利用硅鍺合金作虛擬襯底，對(duì)硅施加二維應(yīng)變的應(yīng)變硅技術(shù)大大提高CMOS了性能，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，創(chuàng)造了數(shù)以億計(jì)的財(cái)富價(jià)值。目前隨著工藝應(yīng)變技術(shù)的出現(xiàn)，人們得以對(duì)硅施加單軸應(yīng)變并進(jìn)一步提高了載流子的移動(dòng)能力。但是隨著器件微型化的趨勢(shì)，應(yīng)變硅的尺寸已經(jīng)由90 nm減少到了22 nm甚至更小。這使得無論是單軸還是雙軸的局部應(yīng)力的施加以及保持變得越來越困難。面對(duì)這種挑戰(zhàn)，近期研究表明采用與工藝應(yīng)變不同的wafer－level應(yīng)變技術(shù)有望在極小的尺寸下引入雙軸和單軸混合應(yīng)變，從而解決這一難題。在報(bào)告的最后，薩達(dá)納博士指出，器件的三維化是應(yīng)變硅技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，而人們對(duì)于如何在三維器件中有效的施加應(yīng)變的認(rèn)識(shí)還非常有限，因此還需要在這方面進(jìn)行大量的研究工作。

王中林院士

佐治亞理工學(xué)院的王中林院士作了“納米壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)”(Piezotronics and Piezo-Phototronics)的報(bào)告。報(bào)告中指出隨著集成電路的集成度越來越高，晶體管的尺寸越來越小，特別是當(dāng)器件中最小線寬趨于10 nm時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一系列由量子效應(yīng)引起的新的效應(yīng)。另外從工藝上講，器件線寬越小，大規(guī)模工業(yè)化市場(chǎng)的成本將大幅增加。因此終究有一天摩爾定律會(huì)遇到瓶頸甚至失效。王中林院士提出以多樣性和多功能性超越摩爾定律和人機(jī)交互界面的觀點(diǎn)，提出的納米壓電電子學(xué)和納米壓電光電子學(xué)是很好的一個(gè)突破口。隨后王中林院士詳細(xì)的講解了壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)的物理基礎(chǔ):壓電勢(shì)。壓電效應(yīng)是物質(zhì)在應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變時(shí)出現(xiàn)的一種內(nèi)部電勢(shì)的現(xiàn)象。壓電勢(shì)作為柵極電壓調(diào)控的電子器件顯示了一種制備由應(yīng)變、應(yīng)力或壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)和控制的電子器件、傳感器和邏輯電路的新方法。壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)正是基于壓電效應(yīng)、光激發(fā)和半導(dǎo)體特性的三相耦合而產(chǎn)生的新效應(yīng)。報(bào)告隨后詳細(xì)的介紹了基于納米壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)制造的納米器件:壓電電子學(xué)晶體管、壓電電子學(xué)邏輯電路及運(yùn)算操作、壓電電子學(xué)機(jī)電存儲(chǔ)器以及壓電光電子學(xué)在光電池、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管、電化學(xué)過程以及能源存儲(chǔ)中的應(yīng)用。最后王中林院士還指出了一些其他的可能具有壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)效應(yīng)的材料，為其他研究小組在該方向的研究提供指導(dǎo)。

James Hone教授

來自哥倫比亞大學(xué)James Hone教授作了題為“純凈以及有缺陷的二維材料的力學(xué)行為”(Mechanics of Pristine and Defective 2D Materials)的報(bào)告。石墨烯、二硫化鉬、氮化硼等二維材料從一出現(xiàn)，就因?yàn)樗鼈兞钊藷o法想象的力學(xué)光學(xué)等性能而備受人們的關(guān)注。在這個(gè)報(bào)告里詹姆斯霍恩教授以典型的二維材料——石墨烯為例，介紹了石墨烯的彈性變形行為(Elastic Properties)以及本征的破壞強(qiáng)度(Breaking Strength)，報(bào)告中提到實(shí)驗(yàn)過程是首先在二氧化硅薄膜上刻蝕直徑約1 μm的小孔的陣列，然后將石墨烯沉積在二氧化硅薄膜上，最后利用原子力顯微鏡的探針壓縮小孔處的石墨烯，以測(cè)試石墨烯的彈性形變以及斷裂強(qiáng)度等力學(xué)性能。由于實(shí)驗(yàn)過程中石墨烯并非均勻形變，所以不能簡單直觀的得到石墨烯的彈性形變以及斷裂強(qiáng)度，而是需要利用非線性彈性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明石墨烯的彈性變形可以達(dá)到25%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通材料，而它的楊氏模量更是高達(dá)1 TPa，是所有已知材料中強(qiáng)度最高的材料，其強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。他將石墨烯的超高強(qiáng)度形象地比喻成，一只大象站在一只鉛筆上所造成的壓強(qiáng)，也不能把單層的石墨烯戳破?；舳鹘淌谕瑫r(shí)指出這種實(shí)驗(yàn)和分析方法可以應(yīng)用于其他二維材料的力學(xué)性能的研究中。

Darrell G.Schlom教授

康奈爾大學(xué)Darrell G.Schlom教授作了題為“提高氧化物的性質(zhì)－現(xiàn)代煉金術(shù)士的方法”(Enhancing Oxide Properties-the Approach of the Modern Alchemist)。在室溫附近由鐵磁性轉(zhuǎn)化為順磁性的材料體系具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)鐵電轉(zhuǎn)變溫度(Tc)的方法是通過化學(xué)取代的方法，但是該方法容易在材料體系內(nèi)部引入更多的混亂度及局部晶格扭轉(zhuǎn)。近年來，一些研究小組已經(jīng)證明通過彈性應(yīng)變也可以有效地調(diào)控Tc。報(bào)告介紹了使用分子束外延生長技術(shù)，將鈦酸鍶薄膜生長在晶格失配的下層基底上，通過晶格錯(cuò)配在該薄膜中引入了遠(yuǎn)超于塊體材料斷裂極限的彈性應(yīng)變，導(dǎo)致其鐵電轉(zhuǎn)變溫度增加了上百攝氏度，從而使鈦酸鍶在室溫下保持為鐵電體相。由應(yīng)力導(dǎo)致的鐵電轉(zhuǎn)變溫度的改變是有報(bào)道以來最高的。隨后該課題組將鈦酸鍶生長在硅基底上，也可將其常溫下壓縮到鐵電態(tài)。該方法產(chǎn)生的應(yīng)變同時(shí)，可以對(duì)鐵磁材料性質(zhì)、光催化氧化物材料和可調(diào)微波節(jié)點(diǎn)材料的性能進(jìn)行有效的提高。他們的工作的證明:對(duì)于氧化物薄膜，應(yīng)變是一種非常有效，而且可控的調(diào)節(jié)方法。

(西安交通大學(xué)單智偉教授)

專欄特約編輯單智偉

單智偉:男，1974年生，教授，博導(dǎo);國家“千人計(jì)劃”入選者，教育部“長江學(xué)者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者;1996年于吉林大學(xué)材料與科學(xué)工程系獲學(xué)士學(xué)位，1999年于中科院金屬所獲碩士學(xué)位，2005年于美國匹茲堡大學(xué)機(jī)械工程系獲博士學(xué)位，2005～2006年于美國勞倫茲國家實(shí)驗(yàn)室的美國國家電鏡中心從事博士后研究工作;2006年加盟納米力學(xué)設(shè)備制造公司(hysitron)，并先后受聘為資深研究員、真空部門經(jīng)理和Hysitron公司應(yīng)用研究中心主任，2008年與西安交通大學(xué)開展合作，先后創(chuàng)建和參與創(chuàng)建3個(gè)國際化研究中心;現(xiàn)任西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、材料學(xué)院副院長，中國材料研究學(xué)會(huì)青年委員會(huì)常務(wù)理事，中國電鏡學(xué)會(huì)常務(wù)理事及聚焦離子束專業(yè)委員會(huì)主任，中國儀器儀表學(xué)會(huì)儀表材料分會(huì)常務(wù)理事，中國晶體學(xué)會(huì)理事;在國際頂級(jí)期刊發(fā)表論文50余篇，SCI引用超過1 526余篇次，單篇SCI引用最高328篇次，H因子15;組織和共同組織國際學(xué)術(shù)研討會(huì)12次，擔(dān)任國際會(huì)議分會(huì)主席7次;主持科研項(xiàng)目4項(xiàng)(美國兩項(xiàng))。

肖思群:男，1958年生，博士，2010年為FEI Company的市場(chǎng)開發(fā)總監(jiān);1982年畢業(yè)于浙江大學(xué)材料系，1986年獲德國亞堔工大冶金學(xué)碩士學(xué)位，1990年獲德國哥廷根大學(xué)物理學(xué)博士，1990～1993年為美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)材料系副研究員，1993～1996年于美國加州大學(xué)伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的國家電子顯微鏡中心任博士后研究員;1996～2003年任美國科天公司演示實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理，臺(tái)灣積體電路事業(yè)部以及中國事業(yè)部的應(yīng)用工程經(jīng)理，2004～2010年任美國應(yīng)用材料公司在中國的工藝測(cè)控部總經(jīng)理;1992年獲美國電鏡協(xié)會(huì)和瑞士DiATOME公司共同頒發(fā)的DiATOME美國獎(jiǎng);共發(fā)表論文60篇，被引超過800次。

特約撰稿人彭開武

彭開武:男，1971年生，高工;1997年獲北京理工大學(xué)碩士學(xué)位，1999年于中科院電工所微納加工研究室從事基于電鏡(含掃描與透射)的電子束曝光機(jī)的研制工作，先后參與院知識(shí)創(chuàng)新/儀器改造項(xiàng)目4項(xiàng)，并在后面的3個(gè)項(xiàng)目中充當(dāng)總體工藝組的主要參與者或負(fù)責(zé)人;2003年期間以訪問學(xué)者身份在英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室中央微結(jié)構(gòu)中心從事微納米器件工藝研究，2007年于國家納米科學(xué)中心納米檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室從事聚焦離子束加工方面的工作。

賈志宏:男，1974年生，教 授，博 導(dǎo);2003年中科院長春應(yīng)化所碩博連讀獲博士學(xué)位，2005年獲德國馬堡大學(xué)博士學(xué)位，2005～2010年于挪威科技大學(xué)材料系任博士后研究員，2010年起為重慶大學(xué)特聘教授;現(xiàn)任重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室副主任，中國電子顯微鏡學(xué)會(huì)FIB專業(yè)委員會(huì)委員;曾參與“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，承擔(dān)法國和挪威研究理事會(huì)及企業(yè)資助的國際研發(fā)項(xiàng)目、挪威科技大學(xué)材料領(lǐng)域重點(diǎn)研究項(xiàng)目、重慶市科委國際合作項(xiàng)目等;發(fā)表論文35篇，SCI收錄30篇，被引用380多次。

特約撰稿人賈志宏

吳文剛:男，1966年生，教授，博導(dǎo);現(xiàn)任北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長、微電子學(xué)系主任、微電子學(xué)研究院副院長、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、學(xué)位評(píng)定委員會(huì)信息科學(xué)類分會(huì)副主席、委員;國家“核高基”重大專項(xiàng)課題、“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目評(píng)審專家，20多個(gè)國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊審稿人，9個(gè)國際學(xué)術(shù)會(huì)議組織、技術(shù)程序委員或分會(huì)場(chǎng)主席;“砷化鎵超高速集成電路和微波功率器件國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”第四屆學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，中國高等教育學(xué)會(huì)儀器科學(xué)及測(cè)控技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員，《中國科學(xué)》(E/F輯)第八屆編委，《固態(tài)電子學(xué)研究與進(jìn)展》期刊編委會(huì)委員;作為負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目、國家“核高基”重大專項(xiàng)課題等研究工作;發(fā)表論文140多篇，以第一發(fā)明人和合作發(fā)明人申請(qǐng)中國發(fā)明專利近20項(xiàng)(已獲授權(quán)15項(xiàng));曾榮獲北京大學(xué)2005年度“楊芙清－王陽元院士優(yōu)秀教學(xué)科研獎(jiǎng)”。

特約撰稿人吳文剛

特約撰稿人徐宗偉

徐宗偉:男，1978年，副教授，博士，碩導(dǎo);中國電子顯微鏡學(xué)會(huì)FIB專業(yè)委員會(huì)會(huì)員，天津大學(xué)“教書育人”優(yōu)秀青年教師;主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、工信部重大科技項(xiàng)目等多項(xiàng)課題，5個(gè)國際學(xué)術(shù)期刊審稿人;發(fā)表SCI收錄論文25篇，授權(quán)專利8項(xiàng)。