電子材料

美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室投產(chǎn)納米電子器件

美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）向Ji Ung Lee授予625萬美元，尋求利用位于紐約州立大學(xué)（SUNY）理工學(xué)院奧爾巴尼校區(qū)的300mm生產(chǎn)設(shè)施、并使用新的納米材料，來生產(chǎn)先進(jìn)電子器件，以開發(fā)更多未來計算機(jī)芯片功能。Lee團(tuán)隊還將開發(fā)人工智能（AI）專用硬件，此舉或?qū)⑻岣逜I應(yīng)用程序的效率，例如模式和語音識別。這筆資金是紐約州立大學(xué)保利分校迄今為止規(guī)模最大的單一研究員教員獎。保利大學(xué)的臨時校長Grace Wang博士說，這項研究“將為依賴高效和高性能電子硬件的各種軍事和公共應(yīng)用帶來可喜的進(jìn)展”。

得益于NRL的資助，許多紐約州立大學(xué)的研究生和博士后研究人員將能夠參與進(jìn)來，詳細(xì)了解在300mm潔凈室中進(jìn)行生產(chǎn)的材料和設(shè)備。此外，研究人員計劃與現(xiàn)場工程團(tuán)隊密切合作，以便能夠制造這些器件，包含可重構(gòu)邏輯功能和單片3D集成技術(shù)，進(jìn)一步推進(jìn)摩爾定律。Lee還將為海軍開發(fā)特殊電子產(chǎn)品。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

碳納米管制成的微處理器面世

美國麻省理工學(xué)院團(tuán)隊利用14 000多個碳納米管晶體管，制造出16位微處理器，并生成這樣一條信息。其設(shè)計和制造方法克服了之前與碳納米管相關(guān)的挑戰(zhàn)，將為先進(jìn)微電子裝置中的硅帶來一種高效能替代品。

電子器件中所用的硅晶體管正達(dá)到一個臨界點(diǎn)，無法進(jìn)行有效擴(kuò)展以推動電子學(xué)的進(jìn)步。而碳納米管是一種潛在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很輕，結(jié)構(gòu)特殊——主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。目前碳納米管已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，但其自身的缺陷和可變性，限制了這些微型碳原子圓柱體在大規(guī)模系統(tǒng)中的應(yīng)用。

此次，麻省理工學(xué)院科學(xué)家馬克斯·舒拉克及同事設(shè)計和構(gòu)建了一種碳納米管微處理器，來解決這類問題。他們利用一種剝落工藝防止碳納米管聚合在一起，以防晶體管無法正常工作。此外，通過精細(xì)的電路設(shè)計，減少了金屬型碳納米管而非半導(dǎo)體型碳納米管的數(shù)量，后者的存在不會影響電路的功能，從而克服了和碳納米管雜質(zhì)相關(guān)的問題。（科技日報）

印度開發(fā)出具有量子光電子學(xué)性質(zhì)新材料

二烯化鎢和二烯化鉬等材料光電子特性（光學(xué)和電子學(xué)的結(jié)合）受到廣泛研究，其一個關(guān)鍵特性是光致發(fā)光，材料吸收光并以光譜形式重新發(fā)射。印度理工學(xué)院（馬德拉斯分校）研究人員發(fā)現(xiàn)一種方法，通過在二維薄膜上滴注金納米顆粒，可使二烯化鎢的光電子性能提高約30倍。相關(guān)研究成果在《應(yīng)用物理快報》發(fā)表。

半導(dǎo)體中電子能量占據(jù)帶被稱為“價電子帶”。電子在這些帶中時不會移動，也不會促進(jìn)傳導(dǎo)。如果受到一個輸入的小能量刺激，電子就會被踢進(jìn)所謂的傳導(dǎo)帶，使其離開原來位置，通過移動促進(jìn)傳導(dǎo)。當(dāng)一個電子從價電子躍遷到傳導(dǎo)帶時，會留下一個叫做“空穴”的陰影。導(dǎo)電帶中電子和價電子帶中空穴可以結(jié)合在一起，形成一種被稱為“激子”的復(fù)合物體。硒化鎢的光致發(fā)光就是這種激子的結(jié)果。

激子形成有2種方式，一種是電子和空穴自旋方向相反，另一種是電子和空穴以相同方向排列。前者稱為“亮激子”，后者稱為“暗激子”。由于自旋相反，形成亮激子的電子和空穴可以重新結(jié)合，并在這個過程中發(fā)出光量子。這種重組方式不存在于暗激子中，因?yàn)殡娮雍涂昭ǖ淖孕瞧叫械?，角動量守恒定律阻礙它們重新組合。因此暗激子比亮激子存活壽命長。

暗激子需要外部影響來幫助電子和空穴重新結(jié)合，研究人員發(fā)現(xiàn)了這種外部影響。當(dāng)將金納米粒子投到單分子層二烯化鎢表面時，他們發(fā)現(xiàn)暗激子與產(chǎn)生的表面場耦合，并重新組合發(fā)出光量子，暗激子在金納米粒子的幫助下“變亮”。這是由于等離子體效應(yīng)，會產(chǎn)生面外電場，有助于導(dǎo)電帶電子的自旋翻轉(zhuǎn)，從而使暗激子變亮。

光致發(fā)光特性可應(yīng)用于各種器件中，如通信和計算中使用的量子發(fā)光二極管。這項研究最具挑戰(zhàn)性的方面是這些材料在室溫到100K（-173℃）之間的光致發(fā)光測量控制。（科技部）

韓國官民合作成功開發(fā)半導(dǎo)體涂層原料

日韓貿(mào)易糾紛加劇之下，韓國吹起一股技術(shù)自立風(fēng)潮，政府大舉列預(yù)算之外，也大力推動官民合作。韓國國家核融合研究所成功研發(fā)熱熔射涂層原料氧化釔，該原料即使在細(xì)微粉末狀態(tài)也不會凝結(jié)，是韓國企業(yè)首度成功制造的案例。

氧化釔是半導(dǎo)體制程中必備的原料之一，韓國半導(dǎo)體制造企業(yè)目前完全仰賴日本進(jìn)口。在熱熔射涂層制程中，氧化釔會以粉末狀噴涂在半導(dǎo)體零件表面，提高半導(dǎo)體零件耐熱、耐久性。

韓國應(yīng)用核融合等離子技術(shù)制造出氧化釔。該技術(shù)能控制粉末間的反彈力，避免粉末凝聚，使原料質(zhì)量更加精密、平均。韓國也以此開發(fā)出制造25μm以下的高質(zhì)量的涂層熱熔射涂層。（中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會）

世界最大AI芯片誕生

日前Cerebras公司發(fā)布了全球最大的芯片WSE（Wafer Scale Engine），專注于AI運(yùn)算，總計1.2萬億個晶體管，核心面積超過46225mm2，集成了40萬個核心以及18GBSRAM緩存，帶寬超過100 Pb/s。

單獨(dú)說這些參數(shù)可能沒什么感覺，這個芯片到底有多大呢？要知道NVIDIA用于AI加速的GV100大核心集成了211億晶體管，核心面積815mm2，所以WSE芯片晶體管數(shù)量是最強(qiáng)GPU芯片的60倍，面積則是它的56倍多。與當(dāng)前的CPU芯片相比，WSE可以說更震撼了，AMD的64核EPYC二代處理器才320億晶體管，封裝總面積也不過4410mm2，WSE光是核心面積就是它的10倍多。

WSE芯片采用了臺積電的16nm工藝生產(chǎn)，集成了40萬個AI運(yùn)算核心，如此大規(guī)模的并行運(yùn)算需要解決很多問題，包括核心核心之間的通訊及緩存，所以WSE配備了18GBSRAM緩存，同時帶寬達(dá)到了100Pb/s，要知道通常的計算芯片SRAM緩存也不過幾百兆，帶寬也就Tb/s級別，比如AMD的EPYC二代處理器L1/L2/L3緩存加起來不超過300MB，PCIe4.0總線帶寬不過128GB/s，NVIDIA的NVLink2.0最大帶寬也不過300GB/s，算下來也就是2.4Tb/s，WSE的內(nèi)部帶寬是現(xiàn)有水平的3.3萬倍之多。（中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會）

青島能源所制備出新型納米液態(tài)金屬電子墨水和智能柔性導(dǎo)電器件

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭帶領(lǐng)的仿生智能材料研究組，通過將LM在海藻酸鹽溶液中超聲處理，制備成包覆有海藻酸鹽微凝膠的LM微納液滴。在超聲的過程中海藻酸鹽不僅可以通過羧基與鎵離子（Ga3+）配位促進(jìn)粒徑的降低，而且可以螯合Ga3+形成微凝膠，從而抑制Ga3+的進(jìn)一步釋放，提高了材料的生物相容性。包覆海藻酸鹽微凝膠的LM分散液不僅增加了膠體穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，還可以大幅增加其與柔性基底的親和性，可用于電子墨水。雖然微納液滴組成的電路由于氧化層外殼呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)，但是可以通過外加壓力的方法恢復(fù)其導(dǎo)電性（4.8×105S/m）。

該研究組通過研究發(fā)現(xiàn)，在生物質(zhì)納米纖維（NFs）的水分散液中超聲LM，可以得到穩(wěn)定分散的LM微納液滴。常溫常壓下干燥分散液，LM微納液滴能夠燒結(jié)成連續(xù)的液體金屬導(dǎo)電薄膜。深入研究表明，生物基NFs可能具有3個方面的作用：第一，生物基NFs具有豐富的親水基團(tuán)（例如羥基、羧基等），可以在超聲過程中與Ga3+交聯(lián)，降低液態(tài)金屬的粒徑和增加液態(tài)金屬液滴的膠體穩(wěn)定性；第二，生物基NFs在蒸發(fā)過程中可以產(chǎn)生很高的毛細(xì)作用力，進(jìn)而破壞LM微納液滴外面包覆的殼層；第三，增大液態(tài)金屬層對基底的粘附力，使其可以穩(wěn)定附著在玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、油紙等多種材質(zhì)表面?；谡舭l(fā)燒結(jié)制備的薄膜或者涂層材料具有柔性、高反射率、可伸縮導(dǎo)電性（伸長率達(dá)200%）、良好的電磁屏蔽效果、生物降解性和對濕度、光、電具有超快的刺激響應(yīng)性等特點(diǎn)，蒸發(fā)燒結(jié)的方法可廣泛應(yīng)用于微電路、傳感、可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人等柔性電子學(xué)領(lǐng)域。（青島生物能源與過程研究所）

長春光機(jī)所鈣鈦礦光敏場效應(yīng)晶體管獲進(jìn)展

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所郭春雷中美聯(lián)合光子實(shí)驗(yàn)室的于偉利課題組采用空間限域、反溫度結(jié)晶相結(jié)合的方法，制備了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄單晶，克服了載流子在橫向通道傳輸過程中易受晶界和晶粒缺陷影響的問題，制備出了高效的光敏場效應(yīng)晶體管。

他們利用空間限域、反溫度結(jié)晶相結(jié)合的方法生長出的CsPbBr3薄單晶沒有明顯的晶粒界疇，厚度在2μm左右，尺寸可以達(dá)到毫米級或更大尺寸，便于電子、光電子器件的制備和應(yīng)用?；诖吮尉У膱鲂?yīng)晶體管在室溫下具有雙極性，且其載流子傳輸表現(xiàn)出奇異的光強(qiáng)依賴性：電子的遷移率與光照強(qiáng)度無關(guān)，而空穴的遷移率隨光照強(qiáng)度的增加而增加；在電子為多數(shù)載流子時，閾值電壓表現(xiàn)出了光的依賴性，而空穴為多數(shù)載流子時卻沒有這一現(xiàn)象。這是首次在鈣鈦礦材料中報道這一現(xiàn)象。（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）

上海微系統(tǒng)所在石墨烯基可穿戴纖維傳感器方面取得進(jìn)展

中國科學(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提出了通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計減少石墨烯與高分子接觸面積來提高靈敏度的策略。他們利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF體系在水相的相分離過程，制備了高分子納米球修飾的石墨烯多孔網(wǎng)絡(luò)纖維，這種結(jié)構(gòu)大幅增強(qiáng)了該纖維在發(fā)生形變時石墨烯片層之間的結(jié)構(gòu)變化，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯基纖維靈敏度的顯著提高。其靈敏度因子值在0～5%應(yīng)變時為51，在5%～8%應(yīng)變時達(dá)到87，通過編織集成，他們進(jìn)一步驗(yàn)證了該纖維在人體重要信號收集的準(zhǔn)確性和對不同動作狀態(tài)分析的可行性。同時，這種新型石墨烯基纖維傳感器最低形變檢測限達(dá)到0.01%，較好的應(yīng)變-電阻線性關(guān)系可保證在信號后處理上的準(zhǔn)確性，>6000次的循環(huán)壽命有利于實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性。

將此纖維編織進(jìn)紗布并作為眼罩，可實(shí)時監(jiān)測眼球的轉(zhuǎn)動等信息，未來可用于眼疾病人的監(jiān)測和睡眠監(jiān)測；同時，將該纖維集成到創(chuàng)口貼中，貼到手腕處，能夠識別手腕脈搏，而且脈搏信號能夠非常清晰表現(xiàn)出脈搏上的不同信號；該纖維也可編入手套，對不同手的彎曲進(jìn)行感應(yīng)，表明其對于動作信號準(zhǔn)確把控。正是由于小球結(jié)構(gòu)的存在，賦予該纖維比普通纖維更高的靈敏度，上述結(jié)果滿足可穿戴應(yīng)變傳感器的要求，體現(xiàn)了石墨烯基應(yīng)變傳感器件在智慧醫(yī)療、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。（中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）

上海光機(jī)所在PtSe2半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變的層數(shù)依賴特性研究中獲進(jìn)展

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員王俊課題組在二硒化鉑（PtSe2）超快載流子動力學(xué)及其半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變的層數(shù)依賴特性研究方面取得進(jìn)展，為過渡金屬硫化物的非線性光學(xué)性質(zhì)研究以及在光子學(xué)方面的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

作為過渡金屬硫化物的一員，層狀PtSe2具有隨厚度增加發(fā)生半導(dǎo)體到半金屬的層依賴性轉(zhuǎn)變的特性。然而，確切的轉(zhuǎn)變層數(shù)仍存在爭議，這將對某些關(guān)鍵應(yīng)用，例如同質(zhì)互連電子電路，造成障礙。研究小組利用非線性光學(xué)和超快載流子動力學(xué)技術(shù)研究了PtSe2由半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變的層數(shù)依賴特性。在1 040nm飛秒光激發(fā)下，當(dāng)PtSe2的層數(shù)從4層增加到55層時，非線性光學(xué)響應(yīng)由雙光子吸收轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡臀?，表明其帶隙不斷減小。同時從載流子動力學(xué)測量結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，隨著PtSe2厚度的增加，弛豫時間從幾百皮秒（4層）急劇下降到幾皮秒（55層），帶間復(fù)合過程消失，表明厚層PtSe2帶隙消失并轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘?。除此之外電學(xué)測量和第一性原理能帶計算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。該研究表明PtSe2層狀材料在紅外探測器、光開關(guān)、可飽和吸收材料等光學(xué)納米器件中具有應(yīng)用前景。（中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所）

中環(huán)領(lǐng)先8英寸硅片實(shí)現(xiàn)試生產(chǎn)

中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料有限公司（簡稱“中環(huán)領(lǐng)先”）集成電路用大硅片項目一期現(xiàn)代化的8英寸硅片已實(shí)現(xiàn)試生產(chǎn)。中環(huán)領(lǐng)先集成電路用大直徑硅片項目涵蓋研發(fā)、生產(chǎn)與制造等環(huán)節(jié)，產(chǎn)品類型為滿足集成電路用8英寸、12英寸拋光片，總投資約30億美元。其中一期投資約15億美元。整個項目投產(chǎn)以后將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)8英寸拋光片900萬片和12英寸拋光片600萬片的一個產(chǎn)能。

中環(huán)領(lǐng)先8～12英寸大硅片項目，晶體生長環(huán)節(jié)在內(nèi)蒙古呼和浩特，拋光片環(huán)節(jié)在天津和江蘇宜興。8英寸方面，天津工廠已有30萬片/月產(chǎn)能，宜興工廠在7月開始投產(chǎn)，已經(jīng)具備成熟的8英寸半導(dǎo)體硅片供應(yīng)能力。（宜興日報）