電子材料

美國海軍研究實驗室投產納米電子器件

美國海軍研究實驗室（NRL）向Ji Ung Lee授予625萬美元，尋求利用位于紐約州立大學（SUNY）理工學院奧爾巴尼校區的300mm生產設施、并使用新的納米材料，來生產先進電子器件，以開發更多未來計算機芯片功能。Lee團隊還將開發人工智能（AI）專用硬件，此舉或將提高AI應用程序的效率，例如模式和語音識別。這筆資金是紐約州立大學保利分校迄今為止規模最大的單一研究員教員獎。保利大學的臨時校長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用帶來可喜的進展”。

得益于NRL的資助，許多紐約州立大學的研究生和博士后研究人員將能夠參與進來，詳細了解在300mm潔凈室中進行生產的材料和設備。此外，研究人員計劃與現場工程團隊密切合作，以便能夠制造這些器件，包含可重構邏輯功能和單片3D集成技術，進一步推進摩爾定律。Lee還將為海軍開發特殊電子產品。（工業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

美國麻省理工學院團隊利用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。其設計和制造方法克服了之前與碳納米管相關的挑戰，將為先進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到一個臨界點，無法進行有效擴展以推動電子學的進步。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，結構特殊——主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。目前碳納米管已經表現出優異的力學和電學性能，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模系統中的應用。

此次，麻省理工學院科學家馬克斯·舒拉克及同事設計和構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，通過精細的電路設計，減少了金屬型碳納米管而非半導體型碳納米管的數量，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相關的問題。（科技日報）

印度開發出具有量子光電子學性質新材料

二烯化鎢和二烯化鉬等材料光電子特性（光學和電子學的結合）受到廣泛研究，其一個關鍵特性是光致發光，材料吸收光并以光譜形式重新發射。印度理工學院（馬德拉斯分校）研究人員發現一種方法，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。相關研究成果在《應用物理快報》發表。

半導體中電子能量占據帶被稱為“價電子帶”。電子在這些帶中時不會移動，也不會促進傳導。如果受到一個輸入的小能量刺激，電子就會被踢進所謂的傳導帶，使其離開原來位置，通過移動促進傳導。當一個電子從價電子躍遷到傳導帶時，會留下一個叫做“空穴”的陰影。導電帶中電子和價電子帶中空穴可以結合在一起，形成一種被稱為“激子”的復合物體。硒化鎢的光致發光就是這種激子的結果。

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合，并在這個過程中發出光量子。這種重組方式不存在于暗激子中，因為電子和空穴的自旋是平行的，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合，研究人員發現了這種外部影響。當將金納米粒子投到單分子層二烯化鎢表面時，他們發現暗激子與產生的表面場耦合，并重新組合發出光量子，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，會產生面外電場，有助于導電帶電子的自旋翻轉，從而使暗激子變亮。

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

韓國官民合作成功開發半導體涂層原料

日韓貿易糾紛加劇之下，韓國吹起一股技術自立風潮，政府大舉列預算之外，也大力推動官民合作。韓國國家核融合研究所成功研發熱熔射涂層原料氧化釔，該原料即使在細微粉末狀態也不會凝結，是韓國企業首度成功制造的案例。

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

韓國應用核融合等離子技術制造出氧化釔。該技術能控制粉末間的反彈力，避免粉末凝聚，使原料質量更加精密、平均。韓國也以此開發出制造25μm以下的高質量的涂層熱熔射涂層。（中國半導體行業協會）

世界最大AI芯片誕生

日前Cerebras公司發布了全球最大的芯片WSE（Wafer Scale Engine），專注于AI運算，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。

單獨說這些參數可能沒什么感覺，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芯片晶體管數量是最強GPU芯片的60倍，面積則是它的56倍多。與當前的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，集成了40萬個AI運算核心，如此大規模的并行運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的內部帶寬是現有水平的3.3萬倍之多。（中國半導體行業協會）

青島能源所制備出新型納米液態金屬電子墨水和智能柔性導電器件

中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭帶領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+）配位促進粒徑的降低，而且可以螯合Ga3+形成微凝膠，從而抑制Ga3+的進一步釋放，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定性和化學穩定性，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絕緣狀態，但是可以通過外加壓力的方法恢復其導電性（4.8×105S/m）。

該研究組通過研究發現，在生物質納米纖維（NFs）的水分散液中超聲LM，可以得到穩定分散的LM微納液滴。常溫常壓下干燥分散液，LM微納液滴能夠燒結成連續的液體金屬導電薄膜。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（例如羥基、羧基等），可以在超聲過程中與Ga3+交聯，降低液態金屬的粒徑和增加液態金屬液滴的膠體穩定性；第二，生物基NFs在蒸發過程中可以產生很高的毛細作用力，進而破壞LM微納液滴外面包覆的殼層；第三，增大液態金屬層對基底的粘附力，使其可以穩定附著在玻璃、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）、油紙等多種材質表面。基于蒸發燒結制備的薄膜或者涂層材料具有柔性、高反射率、可伸縮導電性（伸長率達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性等特點，蒸發燒結的方法可廣泛應用于微電路、傳感、可穿戴設備和柔性機器人等柔性電子學領域。（青島生物能源與過程研究所）

長春光機所鈣鈦礦光敏場效應晶體管獲進展

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所郭春雷中美聯合光子實驗室的于偉利課題組采用空間限域、反溫度結晶相結合的方法，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晶體管。

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

上海微系統所在石墨烯基可穿戴纖維傳感器方面取得進展

中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員丁古巧課題組提出了通過結構化設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絡纖維，這種結構大幅增強了該纖維在發生形變時石墨烯片層之間的結構變化，從而實現石墨烯基纖維靈敏度的顯著提高。其靈敏度因子值在0～5%應變時為51，在5%～8%應變時達到87，通過編織集成，他們進一步驗證了該纖維在人體重要信號收集的準確性和對不同動作狀態分析的可行性。同時，這種新型石墨烯基纖維傳感器最低形變檢測限達到0.01%，較好的應變-電阻線性關系可保證在信號后處理上的準確性，>6000次的循環壽命有利于實際應用的穩定性。

將此纖維編織進紗布并作為眼罩，可實時監測眼球的轉動等信息，未來可用于眼疾病人的監測和睡眠監測；同時，將該纖維集成到創口貼中，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，對不同手的彎曲進行感應，表明其對于動作信號準確把控。正是由于小球結構的存在，賦予該纖維比普通纖維更高的靈敏度，上述結果滿足可穿戴應變傳感器的要求，體現了石墨烯基應變傳感器件在智慧醫療、可穿戴設備等領域的應用潛力。（中科院上海微系統與信息技術研究所）

上海光機所在PtSe2半導體向半金屬轉變的層數依賴特性研究中獲進展

中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室研究員王俊課題組在二硒化鉑（PtSe2）超快載流子動力學及其半導體向半金屬轉變的層數依賴特性研究方面取得進展，為過渡金屬硫化物的非線性光學性質研究以及在光子學方面的應用提供了理論和實驗指導。

作為過渡金屬硫化物的一員，層狀PtSe2具有隨厚度增加發生半導體到半金屬的層依賴性轉變的特性。然而，確切的轉變層數仍存在爭議，這將對某些關鍵應用，例如同質互連電子電路，造成障礙。研究小組利用非線性光學和超快載流子動力學技術研究了PtSe2由半導體向半金屬轉變的層數依賴特性。在1 040nm飛秒光激發下，當PtSe2的層數從4層增加到55層時，非線性光學響應由雙光子吸收轉變為飽和吸收，表明其帶隙不斷減小。同時從載流子動力學測量結果中可以發現，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），帶間復合過程消失，表明厚層PtSe2帶隙消失并轉變為半金屬。除此之外電學測量和第一性原理能帶計算的結果與實驗現象吻合較好，進一步驗證了上述結論。該研究表明PtSe2層狀材料在紅外探測器、光開關、可飽和吸收材料等光學納米器件中具有應用前景。（中科院上海光學精密機械研究所）

中環領先8英寸硅片實現試生產

中環領先半導體材料有限公司（簡稱“中環領先”）集成電路用大硅片項目一期現代化的8英寸硅片已實現試生產。中環領先集成電路用大直徑硅片項目涵蓋研發、生產與制造等環節，產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。整個項目投產以后將實現年產8英寸拋光片900萬片和12英寸拋光片600萬片的一個產能。

中環領先8～12英寸大硅片項目，晶體生長環節在內蒙古呼和浩特，拋光片環節在天津和江蘇宜興。8英寸方面，天津工廠已有30萬片/月產能，宜興工廠在7月開始投產，已經具備成熟的8英寸半導體硅片供應能力。（宜興日報）