全球关键电子材料应用进展与我国未来发展方向

摘要:电子材料是用于制造电子器件、集成电路、光电子设备、其他电子系统的关键功能材料,在半导体、显示技术、通信、能源存储与转换等领域具有广泛应用,也成为人工智能、物联网、先进传感、量子计算等前沿科技领域发展的关键支撑;关键电子材料技术的创新发展直接影响电子产业链的技术进步和市场竞争力,在国际科技竞争趋于激烈的背景下已经成为支撑国家战略性新兴产业发展的核心要素。本文全面梳理了全球关键电子材料应用进展情况,涉及集成电路、显示技术、光伏新能源、高端电容/电阻、通信技术等产业,涵盖半导体硅材料、电子特气、光刻胶、湿电子化学品、化学机械抛光材料、第三代半导体材料,液晶显示用材料、有机发光二极管材料、激光显示材料、微发光二极管材料、次毫米发光二极管材料,晶硅太阳能电池材料、钙钛矿太阳能电池材料、有机太阳能电池材料,介电陶瓷材料、聚合物薄膜材料、铝箔材料、导电聚合物材料、电极浆料,光导纤维材料、压电晶体材料等细分类型。研究认为,智能移动设备、智能穿戴、物联网等新兴技术快速发展,对电子材料的性能、可靠性、精度等提出了更高要求;我国高端电子材料与国际领先水平相比仍有差距,表现为高端材料技术自主性不足、国际影响力与标准制定权较弱等;未来需围绕电子信息行业高端化、绿色化、自主化、智能化的发展方向,攻关集成电路、新型显示、高端电容/电阻、未来通信行业的高端电子材料并逐步实现国产化替代,推动我国关键电子材料技术与产业高质量发展。

全球专用集成电路发展现状及趋势

摘要:2023年专用集成电路(ASIC)的市场规模和比重均达历史新高,持续增长的动力强劲。本文面向专用集成电路需求,从销售额、比重、细分应用领域发展分化等方面分析了ASIC的市场规模与分布,从终端需求、能源约束、供应链和价格等方面总结了ASIC兴起的主要驱动力。同时,提出ASIC发展的几个趋势:新一轮半导体上行周期将推动ASIC比重首次过半,领域专用架构、开源处理器指令集架构、芯粒成为半导体产业成长的主要技术驱动力,半导体产品“通久必专”推动产业模式“分久必合”。

溅射覆铜陶瓷基板表面研磨技术研究

摘要:溅射覆铜(Direct Plate Copper, DPC 陶瓷基板具有导热/ 耐热性好、图形精度高、可垂直互连等技术优势,广泛应用于功率半导体器件封装。在DPC陶瓷基板制备过程中,电镀铜层厚度及其均匀性、表面粗糙度等对基板性能及器件封装质量影响极大。对比分析了几种研磨技术对DPC陶瓷基板性能的影响,实验结果表明,砂带研磨效率高,但铜层表面粗糙度高,只适用于DPC陶瓷基板表面粗磨加工;数控研磨与陶瓷刷磨加工的铜层厚度均匀性好,表面粗糙度低,满足光电器件倒装共晶封装需求(粗糙度小于0.3μm,厚度极差小于30μm);对于质量要求更高(如表面粗糙度小于0.1μm, 铜厚极差小于10μm)的DPC陶瓷基板, 则必须采用粗磨+ 化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)的组合研磨工艺。

面向原子级平坦化的化学机械抛光技术:后摩尔时代的挑战与进展

摘要:随着集成电路技术步入后摩尔时代,互连层数不断增加,线宽逐渐逼近物理极限,化学机械抛光(CMP)作为实现全局平坦化的关键工艺,正朝着原子级精度、近零损伤和跨尺度协同控制的方向迅速发展。然而,这一进程面临着互连材料多样化、表界面缺陷控制难度增大及工艺指标差异化等多重严峻挑战。为应对这些挑战,本文从机理层面深入剖析了CMP 过程中化学腐蚀与机械磨削的协同作用机制,以及后清洗环节中静电排斥、络合刻蚀与lift-off 等多级物理化学机制的耦合效应。基于此,本文系统阐述了工艺参数对材料去除行为的影响规律,并进一步分析了抛光液、抛光垫等关键耗材的多组分设计策略,为实现异质材料的选择性去除与表界面缺陷抑制提供了理论依据。最终,本文总结了12 英寸CMP 装备在多区压力调控、智能监测与高效后清洗等关键模块的集成创新,并探讨了外场辅助技术在提升抛光效率与表面质量方面的应用潜力。通过上述从机理、工艺、耗材到装备的系统性梳理,旨在为突破原子级CMP 的技术瓶颈、支撑后摩尔时代集成电路制造提供清晰的理论框架与技术路径。

可穿戴盲文识别装置研制

摘要: 设计了一款基于柔性压力传感器阵列的可穿戴盲文识别装置,以满足视障人士和盲人的信息交流。装置由柔性4×4压力传感器阵列、数据采集模块、上位机软件、语音播报模块和电源构成。该装置中的压力传感器采用二维纳米材料石墨烯油墨,利用精密印刷工艺制作而成,能准确感知压力信号。信号采集模块基于STM32f103c8t6微控制芯片和可靠的电路设计,实现对16个传感点压力信号的采集、转换和计算。上位机软件接收蓝牙传输的数据,实时显示传感点压力值和压力分布映射。语音播报模块对传感点压力分布映射进行盲文信息识别,结果以语音形式播报。该装置可有效识别英文字母和简单的单词。

面向集成应用的二维半导体生长进展及展望

摘要:以过渡金属硫族化合物(TMDC)为代表的二维半导体材料拥有原子级的极限厚度、短沟道免疫效应,在场效应晶体管、光电器件、传感器、柔性电子等领域展示出巨大的应用潜力。大面积、高质量的二维半导体材料的可控制备是实现上述应用的基础。本文综述了近年来二维半导体材料制备的研究进展,主要探讨了二维半导体材料的大面积制备方法、单晶薄膜的外延生长策略和机理、缺陷的控制、材料的转移、低温生长策略和主流的生长设备。最后对二维半导体材料未来生长方向进行了展望,通过深入的梳理和分析,以期为二维半导体材料的制备和应用提供更全面的支持和指导,推动二维材料领域的进一步发展。

低维有机-无机杂化金属卤化物光电材料的研究进展

摘要:有机-无机杂化金属卤化物因其光电特性可调、荧光量子产率高以及易于制备等特点引起了研究者的广泛关注。通过选择不同的有机阳离子模板剂可以得到结构、维度多变且性能优异的有机-无机杂化金属卤化物。近年来,尤其是关于低维有机-无机杂化金属卤化物光电材料的研究取得了显著进展。本文深入分析了此类材料的晶体结构、合成方法,归纳了其光学性能、发光特性和机理,总结了低维有机-无机杂化金属卤化物在白光发光二极管(WLEDs)、X射线探测器、传感器、太阳能电池等方面的应用现状。最后,分析了该类材料当前存在的问题,并对其未来发展进行了展望,旨在为低维有机-无机杂化金属卤化物的研究与进一步发展提供参考。

氮化铝粉体工程的研究进展

摘要:电子技术微型化、轻型化、高集成和大功率的发展,对基板和封装材料提出更高要求。氮化铝陶瓷具有高导热性、绝缘性、热膨胀系数与半导体硅相近、机械强度高、化学稳定性好、无毒无害等优良特性,是理想的基板材料之一,具有很好的发展前景。高质量氮化铝粉体是制备高性能氮化铝陶瓷的关键。本文分别归纳介绍了微米/纳米氮化铝合成的新技术、新方法及其研究进展,并展望了氮化铝粉体合成的发展趋势。

磁致载流子分离增强光催化机理研究进展

摘要:某些光催化材料在光照下会发生电子跃迁,产生的电子-空穴对分离后能产生活性物质,从而实现光催化效应。该技术对缓解能源危机和环境污染具有巨大潜力。为提高光催化效果,可以通过外场调控,例如电场、磁场。磁场调控具有非接触和简便的优势,能够通过促进光生载流子的分离来增强光催化活性,因此在光催化领域备受关注。首先阐述了磁致载流子分离增强光催化的研究进展;然后,从磁场影响溶液吸光度、促进光生载流子分离、调控自旋极化过程的角度详细解释了磁场增强光催化的物理机理;最后,总结梳理了磁场优化光催化的反应条件和磁热效应对光催化的调制机制等方面,旨在为未来提高光催化效率提供科学参考。

超宽带隙氧化镓功率器件热管理的研究进展

摘要:氧化镓的低热导率是其功率器件发展的最大瓶颈,使其在高功率密度下产热时面临高效散热的巨大挑战。因此,开发全新的热管理和封装技术迫在眉睫。通过材料、器件和封装多层面的热管理来缓解自热引发的性能与可靠性问题成为关键。本文综述了超宽带隙(UWBG)氧化镓(β-Ga2 O3)功率器件的热管理,针对相关挑战、潜在解决方案和研究机遇提出了观点。论文首先介绍了超宽带隙氧化镓的特性及其在电子器件领域的重要性,详细阐述了热管理在氧化镓器件中的关键意义。随后,从不同的热管理技术方面,包括衬底相关技术和结侧热管理技术等进行深入探讨,并分析了热管理对氧化镓器件电学性能的影响。最后,对氧化镓器件热管理的未来发展趋势进行展望,提出了“材料-器件-封装”电热协同设计、近结异质集成和新型外部封装等多维度的热管理策略,旨在唤起相关研究,加快超宽带隙氧化镓功率器件的开发和产业化进程。