单晶金刚石表面平坦化技术的发展与挑战

摘要:作为新一代超宽禁带半导体材料,单晶金刚石(SCD)凭借其优异的物理特性(禁带宽度5.5 eV,击穿场强9.9 MV/cm,热导率22 W/(cm·K)),被视为突破硅基集成电路性能极限的理想材料。然而,其极高硬度(莫氏硬度10)和极强化学惰性使其表面加工面临重大挑战,特别是晶圆级平坦化技术已成为制约金刚石集成电路发展的关键瓶颈。聚焦集成电路制造需求,系统评述了单晶金刚石抛光技术的最新进展,重点分析了机械类、高能束和多场耦合三大类抛光方法的材料去除机理、影响因素及局限性。机械类抛光(如机械抛光和超声波辅助抛光等)工艺过程简单,但硬对硬摩擦易引入表面损伤,难以实现亚纳米级抛光;高能束抛光(如激光抛光、离子束抛光和等离子体抛光等)利用高能粒子代替磨粒来抛光,这类抛光存在选择性差、热影响区深、高能粒子注入等问题,难以实现低亚表面损伤及亚纳米级平坦化;多场耦合抛光(如化学机械抛光和等离子体辅助抛光等)通过场间耦合效应实现表面平坦化,但抛光工艺复杂且速率较低。尽管现有技术在不同应用场景中取得了一定进展,但仍无法完全满足亚纳米级精度、低损伤、高速率的抛光需求。未来的研究应致力于开发新型抛光技术,结合多种抛光方法的优势,推动单晶金刚石在高端芯片制造领域的广泛应用。

我国人工智能芯片发展探析

摘要:人工智能(AI)芯片是支撑智能技术发展的核心硬件,其技术进步对国家科技创新、产业发展、经济增长具有重要意义。本文从云端智能芯片、边端智能芯片、类脑智能芯片3个方面总结了AI 芯片的国际发展趋势,分析了我国AI芯片的应用需求,从芯片设计、制造、封装、测试等方面梳理了相关产业与技术的发展现状及趋势。当前,国产AI芯片的性能、技术、产业链存在短板,亟需开展自主创新与产业协同;国产AI芯片开发面临高成本、长周期的挑战,亟需平衡融资压力并积累发展经验;国内AI芯片领域人才短缺,亟需提高培育质量并控制流失率。为此,论证提出了我国AI芯片的发展路径,即突破技术瓶颈、加速产业化、拓展国际化、实施市场扶持,重点采取技术创新和重点项目建设、新型芯片架构和开源产业生态建设、技术标准体系制定、“产教研”融合等举措,以推动我国AI芯片产业可持续和高质量发展。

基于专利数据的中国AI 芯片创新态势研究

摘要:以大模型为核心的新一代人工智能生成内容(AIGC)技术(以下简称生成式人工智能技术)正代表着AI 技术新的发展方向,而当前对于大模型的发展共识(即堆积算力和高质量数据可以继续创造“奇迹”)同时也促使人工智能科技创新转入“万卡”时代。由AI 芯片所构筑的算力“护城河”成为支撑AI 迈向通用人工智能(AGI)的必备需求。为研判我国AI 芯片技术创新的发展态势,本文对我国专利数据进行了检索和分析,梳理和描绘了AI 芯片技术的创新现状与趋势,并探索构建了代表性创新主体的创新潜力专利评估因子,以期形成对未来发展势能的理解与判断。最后,基于专利数据解读和分析,形成了助推我国AI 芯片创新发展的有关建议。

LTCC封装技术研究现状与发展趋势

摘要:低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC)封装能将不同种类的芯片等元器件组装集成于同一封装体内以实现系统的某些功能,是实现系统小型化、集成化、多功能化和高可靠性的重要手段。总结了LTCC基板所采用的封装方式,阐述了LTCC基板的金属外壳封装、针栅阵列(Pin Grid Array, PGA)封装、焊球阵列(Ball Grid Array, BGA)封装、穿墙无引脚封装、四面引脚扁平(Quad Flat Package, QFP) 封装、无引脚片式载体(Leadless Chip Carrier, LCC)封装和三维多芯片模块(Three-Dimensional Multichip Module, 3D-MCM)封装技术的特点及研究现状。分析了LTCC基板不同类型封装中影响封装气密性和可靠性的一些关键技术因素,并对LTCC封装技术的发展趋势进行了展望。

等离子体选择性刻蚀单晶金刚石不同表面形貌的机理研究

摘要:目的为揭示等离子体辅助抛光(Plasma-Assisted Polishing,PAP)过程中单晶金刚石表面微观形貌的演化机理,探明不同种类等离子体对复杂形貌的选择性刻蚀规律,并从原子尺度阐明其物理化学作用机制,以解决金刚石硬脆表面难以实现原子级平坦化的理论难题。方法采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法,构建包含原子阶梯、圆锥凸峰和圆柱凹谷的(001)晶向单晶金刚石复杂表面模型,在室温及低能离子轰击条件下,对比分析氮(N)、氧(O)、氩(Ar)3 种等离子体的刻蚀行为差异。进一步建立9 种具有不同波峰高度(5~20 Å,1 Å=0.1 nm)和周期(5~20 Å)的二维正弦粗糙表面模型,定量研究氮等离子体刻蚀效率与形貌参数的关联性,并结合原子应变、去除率及粒子撞击通量统计分析微观去除机制。结果模拟显示,尽管去除方式(化学刻蚀、表面改性或物理溅射)不同,3 种等离子体均表现出一致的形貌选择性,优先去除凸峰和阶梯尖端,凹谷区域几乎未受影响。刻蚀效率与波峰高度呈正相关,与周期呈负相关;形貌越陡峭,去除效率越高。其中,波峰20 Å、周期5 Å 的模型平坦化效果最佳,刻蚀后表面粗糙度降至8.55 Å。原子结构分析表明,高陡度凸峰侧面暴露出更多具有高悬空键密度的(010)或(100)晶面,反应活性显著高于凹谷区域;同时,长周期模型凹谷处存在明显的粒子撞击遮蔽效应。结论单晶金刚石的形貌选择性刻蚀机制是宏观“几何遮蔽效应”与微观“表面曲率依赖的原子活性”协同作用的结果。PAP 技术对高频高陡度粗糙峰具有极高的去除选择性,但在修正低曲率长周期波纹时存在加工自限制现象。该研究结果明确了表面曲率对原子去除活性的决定性影响,为优化硬脆材料复杂曲面的确定性平坦化工艺参数提供了理论依据。

纳米纤维素基湿度响应智能器件的研究进展

摘要:纳米纤维素来源广泛、绿色可再生,作为纤维素衍生材料,由于其特殊的结构特性,使其具有高机械强度、高结晶度、大比表面积等特点。基于纳米纤维素的湿度响应智能器件因其丰富的亲水基团(例如羟基和羧基) 而显示出出色的响应性能,因此纳米纤维素可以作为一种湿度敏感材料来制备高性能湿度响应智能器件。本文介绍了纳米纤维素的分类、来源及湿度响应智能器件的分类及响应原理,重点阐述了不同纳米纤维素在湿度响应智能器件方面的制备及应用,总结了不同类型纳米纤维素与导电材料复合的湿度响应智能器件的性能及优缺点,最后对纳米纤维素基湿度响应智能器件的研究应用存在的问题与挑战进行归纳总结,以期为纳米纤维素基复合材料在湿度响应智能器件中的发展提供理论支持。

电子元器件低温焊接技术的研究进展

摘要:低温焊接技术是实现电子元器件多级封装和高温服役的关键技术之一。针对高可靠电子元器件封装对于低温连接、高温服役的焊接技术的需求,从材料制备工艺、焊料熔点变化和焊接工艺技术等方面对纳米金属颗粒低温烧结、瞬时液相低温烧结和颗粒增强低温焊接(烧结) 工艺进行了综述。纳米金属颗粒低温烧结工艺形成的焊点稳定服役温度高于300℃,其制备复杂,烧结工艺对焊膏的依赖性较强,进一步优化焊料配方及其烧结工艺为其主流研究方向。瞬时液相低温烧结工艺,通过形成高熔点金属间化合物焊点提高其耐高温性能,其内部组分及耐高温性能对焊接工艺依赖性较强,明确焊点组分以及耐高温性能、焊接工艺为其主流研究方向。颗粒增强低温焊接(烧结) 工艺,通过形成高温富集相与金属间化合物提升熔点,回流焊后熔点提升较小,明确其熔点与组分的变化规律为其研究重点。

脆硬性透明材料激光连接的研究进展

摘要: 脆硬性透明材料连接技术已广泛应用于航空航天、电子封装和传感器等领域,开展脆硬性透明材料间的连接技术研究,具有重要的学术和工程应用价值.激光微连接作为一种新兴的连接技术,相对于传统焊接方法,具有高精度、高强度、高可靠、高效率等优点,文中介绍了脆硬性透明材料连续激光和脉冲激光连接技术的研究进展及应用,分析了不同类型的激光连接脆硬性透明材料的机理,总结了工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响规律. 最后,文中讨论了当前激光连接脆硬性材料面临的挑战,并基于个人观点,讨论了脆硬性透明材料激光连接的发展前景和展望.创新点: (1) 对脆硬性透明材料的激光连接技术研究现状进行了全面归纳和总结.(2) 梳理了激光连接的发展历程,总结了不同类型激光连接脆硬性透明材料的物理机制、影响因素、模拟仿真和应用.(3) 讨论了当前脆硬性透明材料激光连接技术中挑战和发展趋势.

磁性硅酸盐纳米材料在光催化降解有机污染物中的研究进展

摘要:光催化是去除水中难降解有机污染物的有效措施,因其高效的矿化能力而显示出巨大的潜力。然而,大多数光催化剂的实际应用受到其粉末形态的制约,使大规模应用成为一个难题。近年来,磁性硅酸盐复合材料在材料科学中由于其稳定和可回收的特性获得了越来越多的关注。本综述回顾了磁性硅酸盐复合材料作为光催化剂的研究现状,探讨了合成、修饰及其降解机制方面的最新进展。最后,对磁性硅酸盐复合材料的研究结果和未来的挑战进行了展望。

可拉伸高分子光电器件的研究进展

摘要:可拉伸高分子光电器件是一类基于共轭高分子的独特器件,具备在承受机械应变时仍能维持其光电性能的能力,在可穿戴电子、可拉伸显示、生物医学传感等领域展现出广阔的应用潜力. 近年来,国内外学者对器件与材料设计进行了大量的探索,为其性能提升和应用拓展奠定了坚实基础. 本文以外在弹性与本征弹性2 个维度为切入点,深入探讨器件形态设计、材料结构调控以及薄膜组分优化等策略,总结并评述其重要成果. 最后,指出未来需要关注的重点研究方向,以克服商业化过程中面临的多重挑战,并展望可拉伸高分子器件的不断进步能为有机电子领域注入新的活力.