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。

GaN HEMT器件表面钝化研究进展

摘要:作为第三代半导体材料之一,GaN 凭借其优异的材料特性,如较高的击穿场强、较高的电子迁移率以及较好的热导率等,在制备高频、高功率及高击穿电压的AlGaN/GaN HEMT 器件方面得到广泛应用。然而,目前电流崩塌、栅泄漏电流、频率色散等一系列可靠性问题制约着AlGaN/GaNHEMT 器件的大规模应用。表面钝化被认为是改善这些问题最有效的方法之一。对电流崩塌、界面态等的测试表征方法等进行了总结,综述了目前GaN表面钝化的研究进展。

低成本的p型SnS: 一种有前景的中低温热电材料

摘要:随着能源和环境问题的日益严重, 热电技术在废热回收和电子制冷领域展现出广阔的应用前景. SnS热电材料凭借丰富的地壳储量、低廉的价格以及轻量化等优点, 成为新一代环境友好型热电材料. 近年来, 宽带隙SnS基晶体热电材料的开发, 有望在更宽的温度范围内实现较高的热电能量转换效率. 本综述从SnS热电材料的基本物化性质出发, 分析了SnS的晶体、电子和声子结构, 总结了晶体及多晶材料的合成制备工艺. 在此基础上, 本文系统介绍了p型SnS基晶体和多晶热电材料的优化策略及研究进展. 最后, 针对p型SnS基热电材料当前面临的问题, 提出总结和展望, 以期推动其在温差发电及热电制冷领域的进一步发展和应用.

新环保绝缘气体应用于高压电气设备的研究进展

摘要:本文综述了国内外关于新环保绝缘气体的研究进展,重点围绕国际主流推广的全氟异丁腈(C4F7N)气体及其在电气设备中的应用,总结了C4F7N混合气体的间隙、沿面绝缘特性并提出了相关设备绝缘的设计依据,分析了其在不同工况下的分解特性与气-固相容性评价指标,介绍了C4F7N及其混合气体灭弧性能的研究进展和系列环保设备的研发及应用情况,为当前阶段SF6电气设备环保化升级提供理论参考。同时指出目前国内外仍在开展性能优异的新环保绝缘气体研发攻关,为绿色低碳电网建设提供技术支撑。

高精度激光共焦半导体晶圆厚度测量

摘要:针对半导体晶圆厚度的高精度非接触测量问题与需求,提出了基于激光共焦的高精度晶圆厚度测量方法。该方法利用高分辨音圈纳米位移台驱动激光共焦光探针轴向运动扫描,利用激光共焦轴向响应曲线的峰值点对应物镜聚焦焦点的特性,分别对被测晶圆上下表面进行高精度瞄准定位;通过光线追迹算法精确计算出晶圆表面每个采样点的物理坐标,实现了晶圆厚度的高精度非接触测量。基于该方法构建了激光共焦半导体晶圆厚度测量传感器,实验和分析表明,该传感器的轴向分辨力优于5 nm,轴向扫描范围可达5. 7 mm,6 种晶圆厚度测量重复性均优于100 nm,单次测量时长小于400 ms。将共焦定焦技术有效地应用于半导体测量领域,为晶圆厚度的高精度、无损在线测量提供了一种新技术。

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。

多材料体系三维集成光波导器件

摘要:随着高速光通信、智能光计算和灵敏光探测等领域的快速发展,光子集成系统正成为重要发展趋势,其对于单元器件性能、系统集成度和可拓展性提出了更高的要求。多材料体系三维集成技术突破了传统单一材料体系的器件性能限制以及二维加工与集成技术的面积与集成度限制,有望实现高速率、高效率、高密度以及低功耗的新型光电集成系统。本文围绕三维堆叠技术和飞秒激光加工技术这两类主要的多材料体系三维集成光波导技术,首先介绍了基于层间耦合器的三维光学耦合技术与三维集成光波导器件,然后介绍了基于三维堆叠技术的光电融合集成器件(光发射机/接收机、波分复用收发器、光互连模块),进一步介绍了基于飞秒激光直写技术的三维集成光波导器件(偏振复用器、模式复用器、扇入/扇出器件、拓扑量子器件)。这些三维集成技术为提升系统性能、提高系统集成度以及降低系统功耗提供了有效的解决方案,从而在先进光通信和光信号处理等领域具有广泛的应用前景。

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。

基于机器学习的芯片老化状态估计算法研究

摘要:随着芯片的集成度越来越高,其晶体管数量也越来越多,老化速度加快。由于工业应用、装备系统等领域对芯片可靠性的要求较高,因此研究估计芯片老化的方法至关重要。总结现有的芯片老化估计和预警的技术方法,将机器学习算法应用于芯片老化状态估计,实验结果表明,极端梯度提升树算法的效果较好。对现有的极端梯度提升树算法进行贝叶斯优化,寻找模型的最优参数,使用优化后的算法估计的状态值与真实值的均方误差比优化前降低了0.13~0.25,优化后的模型预测结果较为精准。

角分辨光电子能谱在热电材料研究中的应用

摘要:热电材料因其能够实现热能与电能的直接转换, 在温差发电与制冷技术中具有重要应用. 热电材料的电输运性能由其能带结构决定, 角分辨光电子能谱(angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES)是最直观探测能带结构的技术. 本文综述了ARPES技术在热电材料研究中的应用, 探讨了ARPES如何揭示材料的能带结构, 从而优化其热电性能. 首先介绍了热电材料的基本参数和ARPES的基本原理, 随后详细介绍了ARPES技术在热电材料研究中的几个典型应用案例, 最后给出总结和展望, 期待能为两个领域的交叉提供一些参考思路.