電子材料

美國(guó)研究人員在單層半導(dǎo)體上直接形成量子光源

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）和空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種可以在單層半導(dǎo)體材料直接形成量子光源的方法。單光子發(fā)射器（SPEs）或量子發(fā)射器是新興量子技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，包括計(jì)算、安全通信、傳感和計(jì)量。

傳統(tǒng)的發(fā)光二極管會(huì)同時(shí)發(fā)射出數(shù)十億的光子，從而形成穩(wěn)定的光子流。理想的SPEs不同于傳統(tǒng)發(fā)光二極管，它每次只發(fā)射出一個(gè)光子，且每個(gè)光子之間都無(wú)法區(qū)分，這些特性是光量子技術(shù)發(fā)展不可或缺的。此外，這些特性的實(shí)現(xiàn)需要在一個(gè)精確、可重復(fù)放置SPEs的材料平臺(tái)，并可以與現(xiàn)有的半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)相兼容。

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）的科學(xué)家使用原子力顯微鏡（AFM）在以聚合物薄膜為襯底的二硒化鎢（WSe2）單分子層材料上制造納米級(jí)的凹陷或凹痕。凹痕附近產(chǎn)生局部化的高應(yīng)變場(chǎng)，應(yīng)變場(chǎng)導(dǎo)致WSe2產(chǎn)生單光子發(fā)射態(tài)?？哲娧芯繉?shí)驗(yàn)室（AFRL）對(duì)這種光發(fā)射進(jìn)行時(shí)間相關(guān)的測(cè)量證實(shí)了這些單光子的性質(zhì)。這些單光子發(fā)射器所發(fā)出的光子頻率高、光譜穩(wěn)定，符合新興應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵要求。

資深科學(xué)家兼首席研究員Berend Jonker博士表示，這種量子光源制作方法可以實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)以及準(zhǔn)確的放置單光子發(fā)射器，方便與光子波導(dǎo)、空腔和等離子體結(jié)構(gòu)耦合。同時(shí)，納米級(jí)的凹痕技術(shù)將使陣列或模式化的量子發(fā)射器實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)別的制造。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

日本科學(xué)家研發(fā)氮化鎵鋁基深紫外發(fā)光二極管

日本東北大學(xué)的Kazunobu Kojima從事于量子光學(xué)的研究，如光對(duì)固態(tài)半導(dǎo)體材料的量子效應(yīng)等。他與其同事采用多種顯微技術(shù)來(lái)研究氮化鎵鋁（AlGaN）的結(jié)構(gòu)，試圖理解影響其光電效率的原理。

他們?cè)谒{(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了一層氮化鋁（AlN）薄膜，并與其表面形成一個(gè)很小角度的偏差，由此制造出了一種基于AlGaN的發(fā)光二極管。接下來(lái)，他們?cè)贏lN層上生長(zhǎng)了一層含有硅雜質(zhì)的AlGaN。在此基礎(chǔ)上，又在上面生成了3個(gè)AlGaN“量子阱”。“量子阱”是非常薄的層，它將亞原子粒子（電子和空穴）限制在垂直于“量子阱”表面的維度內(nèi)，而不限制它們?cè)谄渌S度的運(yùn)動(dòng)。“量子阱”頂部覆蓋了一層由AlN和含鋁鎂雜質(zhì)的AlGaN形成的電子阻擋層。

微觀研究表明，AlN與AlGaN之間存在階梯式臺(tái)階。這些階梯式臺(tái)階會(huì)影響上方“量子阱”層的形狀。富含鎵的條紋將底部臺(tái)階與它們?cè)谏喜俊傲孔于濉睂又性斐傻奈⑿』冞B接起來(lái)。這些條紋代表了AlGaN層中電流的微路徑。研究人員說(shuō)，這些微路徑以及“量子阱”層中電子和空穴局部化的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，似乎是提升發(fā)光二極管光電轉(zhuǎn)換效率的原因。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

加州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高性能的硅量子點(diǎn)鎖模激光器

最近，加州大學(xué)圣巴巴拉分校電子和計(jì)算機(jī)工程教授John Bowers與其研究團(tuán)隊(duì)在硅量子點(diǎn)鎖模激光器方面取得了重要的進(jìn)展。這種技術(shù)不僅可以提高未來(lái)數(shù)據(jù)中心、電信公司和網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸能力，而且具有硅光子的高穩(wěn)定、低噪聲和能源效率等特性。一般來(lái)說(shuō)，最先進(jìn)電信基礎(chǔ)設(shè)施的傳輸速率和數(shù)據(jù)容量必須大約每2年翻一番，才能維持高水平的性能。

Bowers研究團(tuán)隊(duì)在硅襯底上直接生長(zhǎng)出多通道、20 kMHz、被動(dòng)鎖模量子點(diǎn)激光器。這臺(tái)激光機(jī)具有4.1Mbps/s的傳輸能力，比目前的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)超前了10年，目前以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到400 Gbps/s。

這項(xiàng)技術(shù)利用的是成熟的波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。波分復(fù)用（WDM）技術(shù)使用不同波長(zhǎng)（顏色）在一根光纖上傳輸大量并行信號(hào)。它使我們的通信、娛樂(lè)和商業(yè)所依賴的快速數(shù)據(jù)傳輸成為可能。Bowers研究團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)技術(shù)利用了電信、光子學(xué)和材料等領(lǐng)域的一些進(jìn)展，利用量子點(diǎn)激光（一種微小的光源）發(fā)射光波，并通過(guò)光波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

新技術(shù)為新一代柔性電子元件鋪平道路

英國(guó)?？巳卮髮W(xué)的研究人員開發(fā)出一種創(chuàng)新技術(shù)，可以幫助創(chuàng)造下一代日常柔性電子產(chǎn)品。由工程專家組成的團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了一種新方法，通過(guò)采用高K電介質(zhì)的原子級(jí)薄的二維晶體材料，簡(jiǎn)化了“范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)”的生產(chǎn)。

雖然范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，但復(fù)雜生產(chǎn)方法限制了它的發(fā)展?，F(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新技術(shù)，通過(guò)嵌入高K氧化物電介質(zhì)，使范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)可以實(shí)現(xiàn)合適的電壓調(diào)節(jié)、改善性能以及新增功能。

最新研究概述了一種新方法，即僅在范德瓦爾斯器件中嵌入功能納米級(jí)高K氧化物，而不會(huì)降低相鄰二維材料的性能。

這種新技術(shù)允許創(chuàng)建多種基礎(chǔ)納米電子器件和光電器件，包括雙柵極石墨烯晶體管，以及垂直發(fā)光和檢測(cè)隧道晶體管。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

科學(xué)家利用聚吡咯—銅金屬海綿制備能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)一體化器件

近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員李舟課題組和深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院副教授周學(xué)昌研究團(tuán)隊(duì)合作，首次利用聚吡咯-銅金屬海綿制備了一種集能量轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)功能于一體的柔性電子器件。依據(jù)現(xiàn)有的非電沉積法，深圳大學(xué)碩士生楊夢(mèng)嫣制備得到了易形變、密度小的銅金屬海綿。

北京納米能源所博士研究生李喆和助理研究員胡寬通過(guò)附載聚吡咯，制備了柔性、穩(wěn)定的聚吡咯—銅金屬海綿，使這種復(fù)合海綿具有較穩(wěn)定的高導(dǎo)電性，為摩擦納米發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容器同時(shí)提供了更為優(yōu)質(zhì)的柔性電極選擇。他們將聚吡咯—銅金屬海綿用在電容器上，與聚乙烯醇—?dú)溲趸浤z組裝成三明治結(jié)構(gòu)，得到了一種全固態(tài)雙電極超級(jí)電容器。一方面利用來(lái)自于銅金屬海綿內(nèi)表面較高的雙電層電容，另一方面來(lái)源于聚吡咯產(chǎn)生的贗電容，實(shí)現(xiàn)了電容器結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化，有效提高了電容器的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命，也增加了界面處的感應(yīng)電流。博士研究生鄒洋利用聚吡咯—銅金屬海綿作為納米發(fā)電機(jī)的摩擦層又作為電極層，制備了多孔、質(zhì)輕的單電極摩擦納米發(fā)電機(jī)，并通過(guò)材料本身處理，有效提高了納米發(fā)電機(jī)的電學(xué)輸出。研究人員將以上摩擦納米發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容器組裝成一個(gè)器件，制得了集能量轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)功能于一體的柔性電子器件。

該器件在不改變性能的情況下，可被壓縮50%或彎曲180°，適用于可穿戴裝置。摩擦納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的2.4V電壓的能量能被存儲(chǔ)在與其串聯(lián)的多個(gè)超級(jí)電容器中，并可驅(qū)動(dòng)LED燈工作。該研究工作為聚吡咯—銅金屬海綿的應(yīng)用提供了新方向，也為可穿戴電子器件和彈性多功能能量存儲(chǔ)復(fù)合系統(tǒng)的研制提供了新思路。（北京納米能源與系統(tǒng)研究所）

我國(guó)人工突觸模擬憶阻器研究方面取得進(jìn)展

目前，模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)中突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)釋放過(guò)程與電信號(hào)傳遞處理調(diào)控構(gòu)建的多柵極人造神經(jīng)元晶體管常表現(xiàn)出高低電阻態(tài)的突變。然而，基于二維材料的2端電阻開關(guān)器件通常表現(xiàn)出從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)的突變。

為解決上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員丁古巧課題組與深圳大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授韓素婷、深圳大學(xué)高等研究院研究員周曄合作，利用新型碳基二維半導(dǎo)體材料C3N實(shí)現(xiàn)了可調(diào)突觸行為的人工突觸模擬憶阻器。該器件可以實(shí)現(xiàn)電阻值隨著連續(xù)的電壓掃描而逐漸變化的典型的憶阻行為。近常壓X射線光電子能譜證實(shí)C3N薄膜中的質(zhì)子傳導(dǎo)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了器件的憶阻特性。C3N中大量的晶格氮原子使其成為高質(zhì)量的質(zhì)子接受材料。該憶阻器能實(shí)現(xiàn)多種生物突觸中的突觸可塑性模擬，包括興奮性突觸后電流、雙脈沖易化、雙脈沖抑制、雙脈沖易化轉(zhuǎn)換為雙脈沖抑制以及強(qiáng)直后增強(qiáng)等。

該項(xiàng)工作表明，基于質(zhì)子傳導(dǎo)憶阻器的人工突觸在進(jìn)一步構(gòu)建神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)中具有巨大潛力。同時(shí)，該工作也是新型碳基二維半導(dǎo)體材料C3N應(yīng)用研究的又一突破。（中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）

我國(guó)柔性應(yīng)變敏感材料研究中取得進(jìn)展

最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)以MXene材料——Ti3C2Tx為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)Ti3C2Tx進(jìn)行材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功研制了基于Ti3C2Tx納米顆粒-納米片混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高性能柔性應(yīng)變傳感器。利用納米顆粒-納米片的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，該柔性應(yīng)變傳感器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高靈敏度及寬響應(yīng)范圍，在整個(gè)應(yīng)變感應(yīng)范圍內(nèi)（53%）的靈敏度高于100（GF>178.4），并具有極低的檢測(cè)限（0.025%）和高循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，能夠精準(zhǔn)檢測(cè)呼吸、脈搏等生理信號(hào)。該研究首次提出了限制式裂紋增值感應(yīng)新機(jī)制，為高性能柔性應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)提供了新思路。（中科院上海硅酸鹽研究所）

中科院在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究室在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域取得新進(jìn)展，提出了一種能夠同時(shí)表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能的技術(shù)。

多鐵材料是一種同時(shí)具有鐵彈、鐵電、鐵磁2種或2種以上序參數(shù)耦合的多功能材料。多鐵磁電材料能展現(xiàn)出獨(dú)特的磁電耦合效應(yīng)，其在傳感器、多態(tài)存儲(chǔ)、自旋電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多鐵納米材料由于能夠促進(jìn)電子器件的多功能化、集成化及微型化，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注和研究。

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究團(tuán)隊(duì)提出的局部激勵(lì)壓電力顯微技術(shù)很好地彌補(bǔ)了這一空白。該技術(shù)將經(jīng)典的力學(xué)理論有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在傳統(tǒng)的壓電力顯微技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的局域微納尺度測(cè)量，且能無(wú)損地實(shí)現(xiàn)對(duì)材料楊氏模量和壓電性能的高速、高分辨率成像等優(yōu)點(diǎn)，這為多鐵材料納米尺度力學(xué)性能的表征提供了新思路，具有很好的應(yīng)用前景。（中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院）

中國(guó)電科成功制備4英寸氧化鎵單晶

近日，中國(guó)電科46所經(jīng)過(guò)多年氧化鎵晶體生長(zhǎng)技術(shù)探索，通過(guò)改進(jìn)熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化生長(zhǎng)氣氛和晶體生長(zhǎng)工藝，有效解決了晶體生長(zhǎng)過(guò)程中原料分解、多晶形成、晶體開裂等問(wèn)題，采用導(dǎo)模法成功制備出高質(zhì)量的4英寸氧化鎵單晶。

但由于氧化鎵屬于單斜晶系，具有高熔點(diǎn)、高溫分解以及易開裂的特性，因此，大尺寸氧化鎵單晶制備極為困難。中國(guó)電科46所制備的氧化鎵單晶的寬度接近100mm，總長(zhǎng)度達(dá)到250mm，可加工出4英寸晶圓、3英寸晶圓和2英寸晶圓。經(jīng)測(cè)試，晶體具有很好的結(jié)晶質(zhì)量，將為國(guó)內(nèi)相關(guān)器件的研制提供有力支撐。（中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)）

山東天岳碳化硅功率半導(dǎo)體芯片項(xiàng)目開工

山東天岳碳化硅功率（SiC）半導(dǎo)體芯片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正式開工。碳化硅功率半導(dǎo)體芯片及電動(dòng)汽車模組研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目是濟(jì)南2019年市級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，主要將建設(shè)碳化硅功率芯片生產(chǎn)線和碳化硅電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)模塊生產(chǎn)線各一條。

該項(xiàng)目以硅烷和甲烷在氫氣和氬氣條件下制得SiC襯底外延片后，經(jīng)掩膜淀積、光刻、顯影、灰化、刻蝕和檢驗(yàn)封裝等工序，生產(chǎn)SiC MOSFET晶體管，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模為400萬(wàn)只/年；以碳化硅外延材料為原料，經(jīng)晶圓標(biāo)記、離子注入、廠板淀積、歐姆接觸、肖特基電極、鈍化層制備等工序，生產(chǎn)SiC功率二極管，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模為1200萬(wàn)只/年；以碳化硅芯片為原料，經(jīng)焊接、清洗、鋁引線鍵合灌封硅凝膠等工序，生產(chǎn)碳化硅電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)模塊，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模為1萬(wàn)只/年。（中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)）

廈門企業(yè)加入半導(dǎo)體材料“國(guó)家隊(duì)”

廈門恒坤新材料科技獲批加入集成電路材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（ICMTIA），這是我市唯一獲批的本土企業(yè)。據(jù)介紹，該聯(lián)盟目前有會(huì)員企業(yè)128家，是推動(dòng)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“國(guó)家隊(duì)”。

ICMTIA整合全國(guó)集成電路材料領(lǐng)域創(chuàng)新資源，加快推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)集成電路材料企業(yè)與用戶間在技術(shù)開發(fā)、質(zhì)量管理、產(chǎn)品應(yīng)用、市場(chǎng)拓展、人才發(fā)展等多方面的合作，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)集成電路制造用材料的本地化供應(yīng)。

恒坤新材料公司是國(guó)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)量供集成電路超高純前驅(qū)體和高端光刻膠的企業(yè)，前驅(qū)體和高端光刻膠是公司目前的2大拳頭產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)多家高端芯片企業(yè)的材料供應(yīng)商，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體先進(jìn)電子材料的空白。（廈門日?qǐng)?bào)）