胡薄荷酮氧化物

【科学背景】二维(2D)半导体具有原子级厚度，是潜在的高度缩放晶体管沟道材料，因其能够抑制短沟道效应而成为研究热点。然而，要超越传统的硅基晶体管，需要在2D半导体上开发无瑕的超薄高介电常数（κ）介电材料，以实现高效的栅极控制。然而，由于2D半导体表面没有悬挂键，直接进行原子层沉积（ALD）来沉积介电层存在非均匀成核和电流泄漏的问题，特别是在介电层厚度小于3nm的情况下。为了解决这个问题，科学家们提出了多种界面工程方法，包括等离子预处理和种子层预沉积，但这些方法通常会引入额外的界面电荷散射、较差的热稳定性或整体栅极电容降低等问题。有鉴于此，南开大学材料科学与工程学院张磊，吴金雄等教授提出了一种垂直金属辅助的范德华（vdW）集成方法，这种方法能够在不损伤2D半导体表面的情况下，将高κ介电材料层叠到2D半导体上。研究中开发了一种铋氧化物（Bi2O3）辅助的化学气相沉积（CVD）方法，用于垂直生长钯、铜和金等单晶纳米片，这些纳米片具有原子级平整的表面。通过无聚合物的机械压合方法，这些纳米片可以轻松转移到目标基板上。此外，CVD生长的钯与ALD过程兼容，能够在其上沉积超薄高κ介电材料如Al2O3和HfO2，同时保持其原子级平整表面。通过一步转移过程，研究人员将小于3nm的Al2O3/Pd和HfO2/Pd异质结构堆叠在几层的MoS2或石墨烯上，形成了清洁的vdW界面，没有有机污染或沉积引起的损伤。结果表明，使用2nm厚Al2O3或HfO2介电材料的顶栅MoS2场效应晶体管（FET）展示了约61mV/dec的亚阈值摆幅、0.45V的低工作电压、107的开/关比、10&minus 6A/cm² 的栅极漏电流和~1mV的可忽略滞后。【科学亮点】(1) 实验首次介绍了铋氧化物辅助化学气相沉积(CVD)方法：&bull 首次开发了铋氧化物辅助CVD方法，用于垂直生长单晶金属纳米片，如钯、铜和金，这些纳米片具有原子级平整表面。&bull 创新性地展示了纳米片通过无聚合物机械压合技术轻松转移到目标基板上，这一过程没有引入有机污染物，保持了原子级平整度。(2) 实验通过vdW集成成功实现了亚1nm CEC的2D晶体管的制备：&bull 使用了铋氧化物辅助CVD生长的钯纳米片作为基础，成功实现了超薄高介电常数(高κ)介电材料（如Al2O3和HfO2）的原子层沉积（ALD），保持了介电材料的原子级平整度。&bull 在少层二硫化钼(MoS2)和石墨烯上，通过一步转移过程堆叠了小于3nm厚的Al2O3/Pd和HfO2/Pd异质结构，形成了清洁的vdW界面，避免了常见的沉积损伤和有机污染物的引入。(3) 实验所制备的MoS2顶栅场效应晶体管(FET)展示了亚1nm CEC（0.9nm）的高介电常数（高κ）介电材料（Al2O3或HfO2）的优异性能。具体包括低至0.45V的操作电压、106 A/cm² 的栅极漏电流。【科学图文】图1：垂直生长的单晶金属化学气相沉积chemical vapour deposition，CVD生长、无聚合物转移和表征。图2：垂直生长钯Pd纳米片的原子层沉积atomiclayer deposition，ALD兼容性和范德华van der Waals，vDW集成。图3：以亚3nm Al2O3/Pd作为顶栅介质和电极的MoS2晶体管。图4：以2nm HfO2/Pd作为顶栅介质和电极的MoS2晶体管。【科学结论】本文的科学启迪在于了一种新颖的方法，利用铋氧化物辅助化学气相沉积（CVD）生长垂直单晶二维金属纳米片，并成功将其作为高质量原子层沉积（ALD）氧化物的平台。这一方法不仅解决了传统ALD技术在二维半导体表面上沉积难题，还避免了传统转移技术中介电层厚度过大的问题。通过铋氧化物的引入，实现了在原子级别上对金属表面的垂直生长，从而为超薄介电层的制备提供了一种新途径。此外，本文还通过简化的一步法集成过程，成功在二维半导体上形成了范德华界面，避免了传统转移过程中的有机污染和损伤，确保了介电层的质量和性能。这不仅有助于在极小的电容等效厚度下实现高效的栅极控制，还为制造更高性能的二维场效应晶体管（FET）奠定了基础。原文详情：Zhang, L., Liu, Z., Ai, W. et al. Vertically grown metal nanosheets integrated with atomiclayerdeposited dielectrics for transistors with subnanometre capacitanceequivalent thicknesses. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928024012023

摘要 　　“十二五”期间，氮氧化物的总量控制要突出重点行业和重点区域，推行以防治火电行业排放为核心的工业氮氧化物防治体系和以防治机动车排放为核心的城市氮氧化物防治体系。要推进能源结构持续优化，严格控制新增量 全面开展电力行业氮氧化物减排 采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制 推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。 　　2011年3月14日，全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，提出化学需氧量、二氧化硫分别减少8%，同时将氨氮和氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求分别减少10%，氮氧化物已经成为我国下一阶段污染减排的重点。 　　把氮氧化物作为“十二五”减排约束性指标的必要性 　　■阅读提示 　　由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，威胁人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不加严控制，今后一段时期我国城市光化学烟雾、酸雨污染和灰霾天气还将呈迅速发展和恶化之势。 　　氮氧化物活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升，我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间，我国氮氧化物排放量逐年增长，2008年达2000万吨，排放负荷巨大。火力发电、工业和交通运输部门三者之和占我国氮氧化物排放总量的85%，基本呈现三足鼎立之势。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。北京到上海之间的工业密集区已成为对流层二氧化氮污染较为严重的地区，“十一五”期间全国降水中硝酸根离子平均浓度较2005年有较大幅度增长。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，威胁人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不加严控制，今后一段时期我国城市光化学烟雾、酸雨污染和灰霾天气还将呈迅速发展和恶化之势。综上分析，“十二五”期间我国必须对氮氧化物进行全面控制，针对氮氧化物的污染特征，进入以质量改善为切入点、以主要行业为突破口的大规模削减阶段。 　　从减排管理的基础条件来看，自“十一五”以来，随着污染减排三大体系能力建设的加强，氮氧化物统计、监测管理工作取得突破性进展。2006年全国环境统计中将氮氧化物因子纳入到环境统计范畴 2007年开展的污染源普查工作对全国氮氧化物排放系数和排放现状进行了全面调查。在污染源监测方面，随着国控重点源烟气排放连续监测设施建设完成，氮氧化物排放重点源大都具备了自动监测的能力，并与省、市监控中心实现了联网。此外，国内火电行业氮氧化物控制技术日趋成熟，除催化剂等核心技术外，基本实现了国产化。这些都为全面实施氮氧化物排放总量控制奠定了良好的基础。 　　“十二五”氮氧化物总量控制总体考虑及目标的确定 　　■阅读提示 　　在确定国家总量控制目标的同时，也将减排任务分解到了各省(自治区、直辖市)，确定了减排项目清单，真正把减排任务落到实处，这是总量控制目标制定的一次突破。 　　污染物排放总量控制是环境管理的重要手段，我国氮氧化物的总量控制模式要根据排放物的污染特征来确定，氮氧化物排放具有行业、区域集中的特点，因此，“十二五”期间氮氧化物的总量控制要突出重点行业和重点区域，推行以防治火电行业排放为核心的工业氮氧化物防治体系和以防治机动车排放为核心的城市氮氧化物防治体系。强化总量控制对经济发展方式、经济结构调整和能源结构调整的优化作用，严格控制增量，强化结构减排，细化工程减排，实化监管减排，确保减排约束性指标目标的完成。 　　值得一提的是，此次在总量控制目标确定方面，我国首次采用了“二上二下”的方式。通过印发《“十二五”主要污染物总量控制规划编制指南》(以下简称《指南》)，提出了“十二五”氮氧化物减排的总体思路、减排要求、减排技术路线及总量目标测算方法，各省结合本省的环境质量状况、经济社会发展情况及减排潜力，根据《指南》要求编制总量控制规划，测算总量控制目标，提交减排项目清单。在此基础上，统筹考虑国家宏观经济政策、节能减排重大战略、产业布局和结构调整要求，确定国家总量控制目标，实现了统筹协调、上下衔接、部门联动，增强了总量控制目标确定的科学性、合理性和可行性。在确定国家总量控制目标的同时，也将减排任务分解到了各省(自治区、直辖市)，确定了减排项目清单，真正把减排任务落到实处，这是总量控制目标制定的一次突破。 　　“十二五”氮氧化物总量控制基本思路 　　■阅读提示 　　推进能源结构持续优化，严格控制新增量 全面开展电力行业氮氧化物减排 采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制 推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。 　　推进能源结构持续优化，严格控制新增量。严格执行国家产业政策，全面落实淘汰落后产能要求，在单位面积排放强度大的地区要进一步加严产业结构调整要求，遏制高耗能、高污染产业过快发展。严格控制污染物新增量。新建项目必须按照先进的生产技术和最严格的环保要求进行控制，大幅度降低污染物排放强度。煤电及水泥行业新建项目要求配套建设烟气脱硝设施。提高机动车准入门槛，执行国家第Ⅳ阶段排放标准，部分城市提前执行国家第Ⅴ阶段排放标准，供油油品实现配套。进一步改善能源消费结构，控制煤炭消费增量，促进经济发展的绿色转型。 　　全面开展电力行业氮氧化物减排。电力行业属于高架源，排放的氮氧化物在大气中发生远距离传输和化学转化，不但会影响当地的环境质量，而且存在跨界污染的问题，是造成区域性环境问题的主要原因。截至目前，我国已有80%的火电机组采用了低氮燃烧技术，已建烟气脱硝设施达到9700万千瓦。目前我国正在修订火电厂大气污染物排放标准，氮氧化物的排放标准将会非常严格。这就要求在“十二五”期间，除淘汰的小火电机组外，全面推进现役机组低氮燃烧技术改造及脱硝设施的建设，加大已安装脱硝设施机组的监管力度，提高减排能力。东部地区和其他地区的省会城市单机容量20万千瓦及以上的现役燃煤机组实行脱硝改造，其他地区单机容量30万千瓦及以上的现役燃煤机组实行脱硝改造。 　　采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制。在一些大城市，机动车排放已经超过工业排放成为重要的大气污染源，氮氧化物的分担率一般在50%左右，由于其排气高度低，对人体的危害非常大，因此机动车氮氧化物的控制对改善城市环境质量具有至关重要的作用。“十二五”期间我国将在有条件的重点城市实行机动车新增量总量控制，并严格执行黄标车淘汰政策。按照东、中、西部差别化的政策，加大黄标车的淘汰力度，到“十二五”末，东部地区基本淘汰所有黄标车，即国0的汽油车和国Ⅲ以前的柴油车。提高机动车准入门槛，实施油品升级改造工程。“十二五”期间，在全国范围内严格实施国家第Ⅳ阶段机动车排放标准，部分重点区域和城市提前实施国家第Ⅴ阶段排放标准 2011年在全国范围内供应国Ⅲ标准的车用燃油，2015年底前基本实现国Ⅳ水平车用燃油的供应，实现车、油同步升级。 　　推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右，是我国氮氧化物排放的第三大源。随着水泥行业落后产能淘汰工作的推进，新型干法窑的使用比例将大幅增加，在提高能源使用效率的同时，由于燃烧温度高等原因，氮氧化物排放量将显著增加。“十二五”期间需大力开展水泥行业新型干法窑降氮脱硝工作，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝工程建设，要求长三角、珠三角、京津冀鲁等重点区域氮氧化物年排放量在1000吨以上或熟料生产规模在2000吨/日以上的现役新型干法窑实行脱硝改造。 　　钢铁、工业锅炉也是氮氧化物的重要排放源，为拓展氮氧化物减排领域，推进氮氧化物持续减排，“十二五”期间应加快冶金行业、工业锅炉等其他行业氮氧化物控制技术的研发和产业化进程，推进烟气脱硝示范工程建设。 　　“十二五”氮氧化物总量减排的难点 　　■阅读提示 　　电力行业大规模脱硝受多种因素的影响和制约 油品质量保证和机动车排放标准实施进程直接影响到氮氧化物的减排进展 重点行业污染治理技术的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。 　　电力行业大规模脱硝受多种因素的影响和制约。为实现氮氧化物“十二五”总量控制目标，“十二五”期间我国电力行业脱硝装机容量比例需达到70%以上(包括新增机组)，这将大于“十一五”期间二氧化硫的脱硫装机容量，减排压力非常大。此外，电厂脱硝还原剂氨的需求量将很大，脱硝装置中的催化剂也未实现国产化，这些因素都将增大电力行业氮氧化物减排的难度。 　　油品质量保证和机动车排放标准实施进程直接影响到氮氧化物的减排进展。车用燃油质量差、含硫量高是制约机动车排放控制的主要因素，尤其是当前柴油品质极不利于柴油机尾气后处理技术的使用，影响氮氧化物减排效果。目前我国还未实现国Ⅲ油品柴油的全面供应，这与“十二五”期间要基本实现国Ⅳ水平车用燃油的供应仍有较大差距，需要多部门加强协调推进这项工作。另外，提高机动车排放标准是控制机动车氮氧化物新增量的主要手段，但标准实施后减排效果需要一定的时间才能显现，因此，“十二五”期间国Ⅳ排放标准能否及时推行是保障机动车氮氧化物减排的关键。 　　重点行业污染治理技术的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。尽管我国已有电厂烟气脱硝的控制技术，但火电厂烟气脱硝的一些关键技术仍受制于国外，钢铁、水泥、工业锅炉等行业氮氧化物排放控制技术也处于研究阶段，其研发及应用的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。“十二五”期间，国家应该对氮氧化物控制技术研究及产业化给予更多的支持及优惠政策，尽快推动国内氮氧化物控制技术的规模化示范应用和产业化，为氮氧化物的大规模削减提供更多技术支撑。

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演