电子材料

美国海军研究实验室投产纳米电子器件

美国海军研究实验室（NRL）向Ji Ung Lee授予625万美元，寻求利用位于纽约州立大学（SUNY）理工学院奥尔巴尼校区的300mm生产设施、并使用新的纳米材料，来生产先进电子器件，以开发更多未来计算机芯片功能。Lee团队还将开发人工智能（AI）专用硬件，此举或将提高AI应用程序的效率，例如模式和语音识别。这笔资金是纽约州立大学保利分校迄今为止规模最大的单一研究员教员奖。保利大学的临时校长Grace Wang博士说，这项研究“将为依赖高效和高性能电子硬件的各种军事和公共应用带来可喜的进展”。

得益于NRL的资助，许多纽约州立大学的研究生和博士后研究人员将能够参与进来，详细了解在300mm洁净室中进行生产的材料和设备。此外，研究人员计划与现场工程团队密切合作，以便能够制造这些器件，包含可重构逻辑功能和单片3D集成技术，进一步推进摩尔定律。Lee还将为海军开发特殊电子产品。（工业和信息化部电子第一研究所）

碳纳米管制成的微处理器面世

美国麻省理工学院团队利用14 000多个碳纳米管晶体管，制造出16位微处理器，并生成这样一条信息。其设计和制造方法克服了之前与碳纳米管相关的挑战，将为先进微电子装置中的硅带来一种高效能替代品。

电子器件中所用的硅晶体管正达到一个临界点，无法进行有效扩展以推动电子学的进步。而碳纳米管是一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很轻，结构特殊——主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。目前碳纳米管已经表现出优异的力学和电学性能，但其自身的缺陷和可变性，限制了这些微型碳原子圆柱体在大规模系统中的应用。

此次，麻省理工学院科学家马克斯·舒拉克及同事设计和构建了一种碳纳米管微处理器，来解决这类问题。他们利用一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。此外，通过精细的电路设计，减少了金属型碳纳米管而非半导体型碳纳米管的数量，后者的存在不会影响电路的功能，从而克服了和碳纳米管杂质相关的问题。（科技日报）

印度开发出具有量子光电子学性质新材料

二烯化钨和二烯化钼等材料光电子特性（光学和电子学的结合）受到广泛研究，其一个关键特性是光致发光，材料吸收光并以光谱形式重新发射。印度理工学院（马德拉斯分校）研究人员发现一种方法，通过在二维薄膜上滴注金纳米颗粒，可使二烯化钨的光电子性能提高约30倍。相关研究成果在《应用物理快报》发表。

半导体中电子能量占据带被称为“价电子带”。电子在这些带中时不会移动，也不会促进传导。如果受到一个输入的小能量刺激，电子就会被踢进所谓的传导带，使其离开原来位置，通过移动促进传导。当一个电子从价电子跃迁到传导带时，会留下一个叫做“空穴”的阴影。导电带中电子和价电子带中空穴可以结合在一起，形成一种被称为“激子”的复合物体。硒化钨的光致发光就是这种激子的结果。

激子形成有2种方式，一种是电子和空穴自旋方向相反，另一种是电子和空穴以相同方向排列。前者称为“亮激子”，后者称为“暗激子”。由于自旋相反，形成亮激子的电子和空穴可以重新结合，并在这个过程中发出光量子。这种重组方式不存在于暗激子中，因为电子和空穴的自旋是平行的，角动量守恒定律阻碍它们重新组合。因此暗激子比亮激子存活寿命长。

暗激子需要外部影响来帮助电子和空穴重新结合，研究人员发现了这种外部影响。当将金纳米粒子投到单分子层二烯化钨表面时，他们发现暗激子与产生的表面场耦合，并重新组合发出光量子，暗激子在金纳米粒子的帮助下“变亮”。这是由于等离子体效应，会产生面外电场，有助于导电带电子的自旋翻转，从而使暗激子变亮。

光致发光特性可应用于各种器件中，如通信和计算中使用的量子发光二极管。这项研究最具挑战性的方面是这些材料在室温到100K（-173℃）之间的光致发光测量控制。（科技部）

韩国官民合作成功开发半导体涂层原料

日韩贸易纠纷加剧之下，韩国吹起一股技术自立风潮，政府大举列预算之外，也大力推动官民合作。韩国国家核融合研究所成功研发热熔射涂层原料氧化钇，该原料即使在细微粉末状态也不会凝结，是韩国企业首度成功制造的案例。

氧化钇是半导体制程中必备的原料之一，韩国半导体制造企业目前完全仰赖日本进口。在热熔射涂层制程中，氧化钇会以粉末状喷涂在半导体零件表面，提高半导体零件耐热、耐久性。

韩国应用核融合等离子技术制造出氧化钇。该技术能控制粉末间的反弹力，避免粉末凝聚，使原料质量更加精密、平均。韩国也以此开发出制造25μm以下的高质量的涂层热熔射涂层。（中国半导体行业协会）

世界最大AI芯片诞生

日前Cerebras公司发布了全球最大的芯片WSE（Wafer Scale Engine），专注于AI运算，总计1.2万亿个晶体管，核心面积超过46225mm2，集成了40万个核心以及18GBSRAM缓存，带宽超过100 Pb/s。

单独说这些参数可能没什么感觉，这个芯片到底有多大呢？要知道NVIDIA用于AI加速的GV100大核心集成了211億晶体管，核心面积815mm2，所以WSE芯片晶体管数量是最强GPU芯片的60倍，面积则是它的56倍多。与当前的CPU芯片相比，WSE可以说更震撼了，AMD的64核EPYC二代处理器才320亿晶体管，封装总面积也不过4410mm2，WSE光是核心面积就是它的10倍多。

WSE芯片采用了台积电的16nm工艺生产，集成了40万个AI运算核心，如此大规模的并行运算需要解决很多问题，包括核心核心之间的通讯及缓存，所以WSE配备了18GBSRAM缓存，同时带宽达到了100Pb/s，要知道通常的计算芯片SRAM缓存也不过几百兆，带宽也就Tb/s级别，比如AMD的EPYC二代处理器L1/L2/L3缓存加起来不超过300MB，PCIe4.0总线带宽不过128GB/s，NVIDIA的NVLink2.0最大带宽也不过300GB/s，算下来也就是2.4Tb/s，WSE的内部带宽是现有水平的3.3万倍之多。（中国半导体行业协会）

青岛能源所制备出新型纳米液态金属电子墨水和智能柔性导电器件

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员李朝旭带领的仿生智能材料研究组，通过将LM在海藻酸盐溶液中超声处理，制备成包覆有海藻酸盐微凝胶的LM微纳液滴。在超声的过程中海藻酸盐不仅可以通过羧基与镓离子（Ga3+）配位促进粒径的降低，而且可以螯合Ga3+形成微凝胶，从而抑制Ga3+的进一步释放，提高了材料的生物相容性。包覆海藻酸盐微凝胶的LM分散液不仅增加了胶体稳定性和化学稳定性，还可以大幅增加其与柔性基底的亲和性，可用于电子墨水。虽然微纳液滴组成的电路由于氧化层外壳呈现绝缘状态，但是可以通过外加压力的方法恢复其导电性（4.8×105S/m）。

该研究组通过研究发现，在生物质纳米纤维（NFs）的水分散液中超声LM，可以得到稳定分散的LM微纳液滴。常温常压下干燥分散液，LM微纳液滴能够烧结成连续的液体金属导电薄膜。深入研究表明，生物基NFs可能具有3个方面的作用：第一，生物基NFs具有丰富的亲水基团（例如羟基、羧基等），可以在超声过程中与Ga3+交联，降低液态金属的粒径和增加液态金属液滴的胶体稳定性；第二，生物基NFs在蒸发过程中可以产生很高的毛细作用力，进而破坏LM微纳液滴外面包覆的壳层；第三，增大液态金属层对基底的粘附力，使其可以稳定附着在玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯（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）、油纸等多种材质表面。基于蒸发烧结制备的薄膜或者涂层材料具有柔性、高反射率、可伸缩导电性（伸长率达200%）、良好的电磁屏蔽效果、生物降解性和对湿度、光、电具有超快的刺激响应性等特点，蒸发烧结的方法可广泛应用于微电路、传感、可穿戴设备和柔性机器人等柔性电子学领域。（青岛生物能源与过程研究所）

长春光机所钙钛矿光敏场效应晶体管获进展

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所郭春雷中美联合光子实验室的于伟利课题组采用空间限域、反温度结晶相结合的方法，制备了具有低缺陷密度的CsPbBr3薄单晶，克服了载流子在横向通道传输过程中易受晶界和晶粒缺陷影响的问题，制备出了高效的光敏场效应晶体管。

他们利用空间限域、反温度结晶相结合的方法生长出的CsPbBr3薄单晶没有明显的晶粒界畴，厚度在2μm左右，尺寸可以达到毫米级或更大尺寸，便于电子、光电子器件的制备和应用。基于此薄单晶的场效应晶体管在室温下具有双极性，且其载流子传输表现出奇异的光强依赖性：电子的迁移率与光照强度无关，而空穴的迁移率随光照强度的增加而增加；在电子为多数载流子时，阈值电压表现出了光的依赖性，而空穴为多数载流子时却没有这一现象。这是首次在钙钛矿材料中报道这一现象。（长春光学精密机械与物理研究所）

上海微系统所在石墨烯基可穿戴纤维传感器方面取得进展

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员丁古巧课题组提出了通过结构化设计减少石墨烯与高分子接触面积来提高灵敏度的策略。他们利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF体系在水相的相分离过程，制备了高分子纳米球修饰的石墨烯多孔网络纤维，这种结构大幅增强了该纤维在发生形变时石墨烯片层之间的结构变化，从而实现石墨烯基纤维灵敏度的显著提高。其灵敏度因子值在0～5%应变时为51，在5%～8%应变时达到87，通过编织集成，他们进一步验证了该纤维在人体重要信号收集的准确性和对不同动作状态分析的可行性。同时，这种新型石墨烯基纤维传感器最低形变检测限达到0.01%，较好的应变-电阻线性关系可保证在信号后处理上的准确性，>6000次的循环寿命有利于实际应用的稳定性。

将此纤维编织进纱布并作为眼罩，可实时监测眼球的转动等信息，未来可用于眼疾病人的监测和睡眠监测；同时，将该纤维集成到创口贴中，贴到手腕处，能够识别手腕脉搏，而且脉搏信号能够非常清晰表现出脉搏上的不同信号；该纤维也可编入手套，对不同手的弯曲进行感应，表明其对于动作信号准确把控。正是由于小球结构的存在，赋予该纤维比普通纤维更高的灵敏度，上述结果满足可穿戴应变传感器的要求，体现了石墨烯基应变传感器件在智慧医疗、可穿戴设备等领域的应用潜力。（中科院上海微系统与信息技术研究所）

上海光机所在PtSe2半導体向半金属转变的层数依赖特性研究中获进展

中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室研究员王俊课题组在二硒化铂（PtSe2）超快载流子动力学及其半导体向半金属转变的层数依赖特性研究方面取得进展，为过渡金属硫化物的非线性光学性质研究以及在光子学方面的应用提供了理论和实验指导。

作为过渡金属硫化物的一员，层状PtSe2具有随厚度增加发生半导体到半金属的层依赖性转变的特性。然而，确切的转变层数仍存在争议，这将对某些关键应用，例如同质互连电子电路，造成障碍。研究小组利用非线性光学和超快载流子动力学技术研究了PtSe2由半导体向半金属转变的层数依赖特性。在1 040nm飞秒光激发下，当PtSe2的层数从4层增加到55层时，非线性光学响应由双光子吸收转变为饱和吸收，表明其带隙不断减小。同时从载流子动力学测量结果中可以发现，随着PtSe2厚度的增加，弛豫时间从几百皮秒（4层）急剧下降到几皮秒（55层），带间复合过程消失，表明厚层PtSe2带隙消失并转变为半金属。除此之外电学测量和第一性原理能带计算的结果与实验现象吻合较好，进一步验证了上述结论。该研究表明PtSe2层状材料在红外探测器、光开关、可饱和吸收材料等光学纳米器件中具有应用前景。（中科院上海光学精密机械研究所）

中环领先8英寸硅片实现试生产

中环领先半导体材料有限公司（简称“中环领先”）集成电路用大硅片项目一期现代化的8英寸硅片已实现试生产。中环领先集成电路用大直径硅片项目涵盖研发、生产与制造等环节，产品类型为满足集成电路用8英寸、12英寸抛光片，总投资约30亿美元。其中一期投资约15亿美元。整个项目投产以后将实现年产8英寸抛光片900万片和12英寸抛光片600万片的一个产能。

中环领先8～12英寸大硅片项目，晶体生长环节在内蒙古呼和浩特，抛光片环节在天津和江苏宜兴。8英寸方面，天津工厂已有30万片/月产能，宜兴工厂在7月开始投产，已经具备成熟的8英寸半导体硅片供应能力。（宜兴日报）