半導(dǎo)體技術(shù)

高亮度的短波紅外有機(jī)發(fā)光器件

華南理工大學(xué)吳宏濱教授課題組聯(lián)合西安近代化學(xué)研究所、香港城市大學(xué)和北京大學(xué)等研究團(tuán)隊開創(chuàng)有機(jī)半導(dǎo)體短波紅外電致發(fā)光新研究方向。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·光子學(xué)》（Nature?Photonics）。有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)（OLEDs）在可見光和近紅外波段已取得長足進(jìn)步，在信息顯示、半導(dǎo)體照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，發(fā)射波長峰值在短波紅外波段、輻射強(qiáng)度具備實用價值的高亮度有機(jī)發(fā)光器件仍然是一個多年來從未突破過的技術(shù)難題。受半導(dǎo)體材料中光吸收和發(fā)射過程存在倒易關(guān)系啟發(fā)，研究團(tuán)隊提出利用目前成為有機(jī)光伏電池受體材料的給體-受體-給體（A-D-A）型稠環(huán)有機(jī)半導(dǎo)體作為發(fā)光材料，制備高性能短波紅外發(fā)光二極管。

準(zhǔn)一維拓?fù)洳牧系碾娮咏Y(jié)構(gòu)研究

上海微系統(tǒng)所葉茂研究員、喬山研究員團(tuán)隊與東京大學(xué)近藤武司（Takeshi?Kondo）教授等合作，成功制備了一種準(zhǔn)一維拓?fù)洳牧蟃aNiTe5，并首次直接觀測到了該材料中強(qiáng)弱拓?fù)湫蚬泊娴莫毺仉娮咏Y(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》（Physical?Review?Letters）。維度對于拓?fù)洳牧蠘O為重要：拓?fù)洳牧暇哂惺軐ΨQ性保護(hù)的邊緣態(tài)，從而使得由缺陷或雜質(zhì)引起的電子背散射被禁止；而進(jìn)一步將拓?fù)洳牧系木S度降低到一維則會顯著增強(qiáng)電子的各向異性，使邊緣態(tài)中自旋極化的電子被限制于一維導(dǎo)電通道中，從而最大限度地避免散射的發(fā)生以達(dá)到更高的遷移率、更長的自旋弛豫時間。相關(guān)工作全面而系統(tǒng)地揭示了TaNiTe5材料中“雙拓?fù)洹惫泊娴莫毺赝負(fù)湫再|(zhì)。

一種自旋存算器件全電寫入新方式

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所朱禮軍團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)一種由擴(kuò)散電流（spreading?current）引起、廣泛存在于微納米器件和具有重要影響的垂直有效磁場，并發(fā)展了不同極化方向自旋（σx，σy，σz）的可靠測量方法。相關(guān)成果發(fā)表于《應(yīng)用物理評論》（Applied?Physics?Reviews）。自旋電子學(xué)存算器件是后摩爾時代信息科學(xué)的潛在解決方案之一。如何實現(xiàn)垂直磁各向異性比特的高能效全電驅(qū)動是目前高密度自旋存算技術(shù)亟待突破的重要課題。傳統(tǒng)材料（如重金屬和拓?fù)洳牧系龋┯捎趯ΨQ性保護(hù)只能產(chǎn)生面內(nèi)橫向極化自旋（σy），其角動量無法翻轉(zhuǎn)垂直磁各向異性比特。因此，科學(xué)家們開始尋找垂直有效磁場和垂直極化自旋（σz）的有效產(chǎn)生方法。

利用中紅外圓偏振光電效應(yīng)揭示半導(dǎo)體碲中的與外爾有關(guān)的光學(xué)響應(yīng)

北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心孫棟教授與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、物理學(xué)院，中國科學(xué)院強(qiáng)耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授合作，在中紅外波長下對碲（Te）進(jìn)行了圓偏振相關(guān)光電流的測量，為支持碲（Te）作為“外爾半導(dǎo)體”提供了有力的光學(xué)證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。外爾半金屬由于其具有非平庸的能帶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了許多與之相關(guān)的新奇拓?fù)涮匦?，“外爾半?dǎo)體”是相關(guān)領(lǐng)域下一個重要研究內(nèi)容之一。實驗發(fā)現(xiàn)，外爾半導(dǎo)體Te同時具有超高的遷移率、應(yīng)變和厚度可調(diào)的帶隙，以及二維分層結(jié)構(gòu)與優(yōu)良的空氣穩(wěn)定性。

原子級平整界面處聲子非彈性輸運

清華大學(xué)深圳國際研究生院孫波副教授、上海交通大學(xué)顧驍坤副教授、北京大學(xué)王新強(qiáng)教授等人合作，在金屬半導(dǎo)體界面的導(dǎo)熱機(jī)制上取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。散熱成為制約半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性、可靠性、壽命等的技術(shù)瓶頸之一。特別對于納米尺度半導(dǎo)體器件，增加界面導(dǎo)熱是提升散熱性能中關(guān)鍵一環(huán)。因此，研究界面熱輸運對于半導(dǎo)體器件的散熱具有重要的應(yīng)用價值和科學(xué)意義。經(jīng)合作研究，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了在原子級平整的Al/Si、Al/GaN界面處的聲子非彈性輸運過程，而這個過程被視為界面處額外的聲子輸運通道，可提高界面熱導(dǎo)，從而提升界面的散熱性能。

Mo5Si3中通過磷/砷摻雜實現(xiàn)最高Tc～10.8K的強(qiáng)耦合超導(dǎo)電性

中國科學(xué)院物理研究所SC10組博士后阮彬彬和任治安研究員等人，與安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院聯(lián)合培養(yǎng)研究生孫俊男、單磊教授組成的團(tuán)隊，為實現(xiàn)Mo5Si3的電子型載流子摻雜調(diào)控，詳細(xì)研究了相關(guān)體系中Si位的As摻雜合成條件，發(fā)現(xiàn)在1600℃高溫下通過固相反應(yīng)可以成功實現(xiàn)As對Mo5Si3的摻雜調(diào)控。相關(guān)成果發(fā)表于《無機(jī)化學(xué)》（Inorganic?Chemistry）。通過一系列的高質(zhì)量樣品制備和摻雜研究，他們發(fā)現(xiàn)As摻雜引入的電子將相關(guān)體系從拓?fù)浒虢饘俎D(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。通過低溫比熱測量與第一性原理能帶計算表明，較高的超導(dǎo)溫度與As引入的電子摻雜導(dǎo)致的費米面附近態(tài)密度的極大增強(qiáng)有關(guān)。

高熵合金研究進(jìn)展

東北大學(xué)材料學(xué)院李逸興、張雪峰課題組采用直流電弧等離子體制備技術(shù)，成功將一系列高熵合金納米顆粒原位封裝在石墨殼中，制得具有核@殼包覆結(jié)構(gòu)的高熵合金@石墨納米膠囊材料（HEA@C-NPs），并利用其獨特的核@殼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對光熱轉(zhuǎn)換性能的優(yōu)化提升。相關(guān)成果發(fā)表于《材料學(xué)報》（Acta?Materialia）。研究將一系列具有不同3d過渡金屬組元的高熵合金納米顆粒原位封裝于高缺陷密度石墨殼中，借助石墨包覆殼的光吸收性能及其高缺陷密度帶來的熱導(dǎo)率降低，進(jìn)一步提升高熵合金納米顆粒的光熱轉(zhuǎn)換性能，揭示HEA@C-NPs光熱轉(zhuǎn)換性能的優(yōu)化機(jī)理，為高性能光熱轉(zhuǎn)換材料的制備和研究提供了新的理論和設(shè)計策略。

首次測定超高熱導(dǎo)率半導(dǎo)體——砷化硼的載流子遷移率

國家納米科學(xué)中心劉新風(fēng)研究員團(tuán)隊聯(lián)合休斯頓大學(xué)包吉明團(tuán)隊和任志鋒團(tuán)隊在超高熱導(dǎo)率半導(dǎo)體——立方砷化硼（c-BAs）單晶的載流子擴(kuò)散動力學(xué)研究方面取得重要進(jìn)展，為其在集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指導(dǎo)和幫助。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）。2018年，具有超高熱導(dǎo)率的半導(dǎo)體c-BAs的成功制備引起了人們極大興趣，c-BAs不僅具有高的熱導(dǎo)率，由于其超弱的電聲耦合系數(shù)和帶間散射，理論預(yù)測c-BAs還同時具有非常高的電子遷移率和空穴遷移率，這在半導(dǎo)體材料系統(tǒng)中是非常罕見的。立方砷化硼高的載流子和熱載流子遷移速率，以及其超高的熱導(dǎo)率，表明其可以廣泛應(yīng)用在光電器件、電子元件中。