氮化锆

摘要：为了减少环境污染、打造绿色经济，高效地利用电力变得越来越重要。电力电子设备是实现这一目标的关键技术，已被广泛用于风力发电、混合动力汽车、LED 照明等领域。这也对电子器件中的散热基板提出了更高的要求，传统的陶瓷基板如 AlN、Al2O3、BeO 等的缺点也日益突出，如较低的理论热导率和较差的力学性能等，严重阻碍了其发展。相比于传统陶瓷基板材料，氮化硅陶瓷由于其优异的理论热导率和良好的力学性能而逐渐成为电子器件的主要散热材料。关键词：半导体 陶瓷基板 氮化硅 热导率然而，目前氮化硅陶瓷实际热导率还远远低于理论热导率的值，而且一些高热导率氮化硅陶瓷(＞150 W/(mK))还处于实验室阶段。影响氮化硅陶瓷热导率的因素有晶格氧、晶相、晶界相等，其中氧原子因为在晶格中会发生固溶反应生成硅空位和造成晶格畸变，从而引起声子散射，降低氮化硅陶瓷热导率而成为主要因素。此外，晶型转变和晶轴取向也能在一定程度上影响氮化硅的热导率。如何实现氮化硅陶瓷基板的大规模生产也是一个不小的难题。现阶段，随着制备工艺的不断优化，氮化硅陶瓷实际热导率也在不断提高。为了降低晶格氧含量，首先在原料的选择上降低氧含量，一方面可选用含氧量比较少的 Si 粉作为起始原料，但是要避免在球磨的过程中引入氧杂质 另一方面，选用高纯度的 α-Si3N4 或者 β-Si3N4作为起始原料也能减少氧含量。其次选用适当的烧结助剂也能通过减少氧含量的方式提高热导率。目前使用较多的烧结助剂是 Y2O3-MgO，但是仍不可避免地引入了氧杂质，因此可以选用非氧化物烧结助剂来替换氧化物烧结助剂，如 YF3-MgO、MgF2-Y2O3、Y2Si4N6C-MgO、MgSiN2-YbF3 等在提高热导率方面也取得了非常不错的效果。研究发现通过加入碳来降低氧含量也能达到很好的效果，通过在原料粉体中掺杂一部分碳，使原料粉体在氮化、烧结时处于还原性较强的环境中，从而促进了氧的消除。此外，通过加入晶种和提高烧结温度等方式来促进晶型转变及通过外加磁场等方法使晶粒定向生长，都能在一定程度上提高热导率。为了满足电子器件的尺寸要求，流延成型成为大规模制备氮化硅陶瓷基板的关键技术。本文从影响热导率的主要因素入手，重点介绍了降低晶格氧含量、促进晶型转变及实现晶轴定向生长三种提高实际热导率的方法 然后，指出了流延成型是大规模制备高导热氮化硅陶瓷的关键，并分别从流延浆料的流动性、流延片和浆料的润湿性及稳定性等三方面进行了叙述 概述了目前常用的制备高导热氮化硅陶瓷的烧结工艺现状 最后，对未来氮化硅高导热陶瓷的研究方向进行了展望。关键词：半导体 陶瓷基板 氮化硅 热导率00引言随着集成电路工业的发展，电力电子器件技术正朝着高电压、大电流、大功率密度、小尺寸的方向发展。因此，高效的散热系统是高集成电路必不可少的一部分。这就使得基板材料既需要良好的机械可靠性，又需要较高的热导率。图 1 为电力电子模块基板及其开裂方式。研究人员对高导热系数陶瓷进行了大量的研究，其中具有高热导率的氮化铝(AlN)陶瓷(本征热导率约为320 W/(mK))被广泛用作电子器件的主要陶瓷基材。图 1 电力电子模块基板及其开裂方式但是，AlN 陶瓷的力学性能较差，如弯曲强度为 300～400 MPa，断裂韧性为 3～4 MPam1/2，导致氮化铝基板的使用寿命较短，使得它作为结构基板材料使用受到了限制。另外，Al2O3 陶瓷的理论热导率与实际热导率都很低，不适合应用于大规模集成电路。电子工业迫切希望找到具有良好力学性能的高导热基片材料，图 2 是几种陶瓷基板的强度与热导率的比较，因此，Si3N4 陶瓷成为人们关注的焦点。图 2 几种陶瓷基板的强度与热导率的比较与 AlN 和 Al2O3 陶瓷基板材料相比，Si3N4 具有一系列独特的优势。Si3N4 属于六方晶系，有 α、β 和 γ 三种晶相。Lightfoot 和 Haggerty 根据 Si3N4 结构提出氮化硅的理论热导率在200～300 W/(mK)。Hirosaki 等通过分子动力学的方法计算出 α-Si3N4 和 β-Si3N4 的理论热导率，发现Si3N4 的热导率沿 a 轴和 c 轴具有取向性，其中 α-Si3N4 单晶体沿 a轴和 c轴的理论热导率分别为105 W/(mK)、225W/(mK)；β-Si3N4 单晶体沿a轴和c轴方向的理论热导率分别是 170 W/(mK)、450 W/(mK)。Xiang 等结合密度泛函理论和修正的 Debye-Callaway 模型预测了 γ-Si3N4 陶瓷也具有较高的热导率。同时 Si3N4 具有高强度、高硬度、高电阻率、良好的抗热震性、低介电损耗和低膨胀系数等特点，是一种理想的散热和封装材料。现阶段，将高热导率氮化硅陶瓷用于电子器件的基板材料仍是一大难题。目前，国外只有东芝、京瓷等少数公司能将氮化硅陶瓷基板商用化(如东芝的氮化硅基片(TSN-90)的热导率为 90 W/(mK))。近年来国内的一些研究机构和高校相继有了成果，北京中材人工晶体研究院成功研制出热导率为 80 W/(mK)、抗弯强度为 750 MPa、断裂韧性为 7.5MPam1/2 的 Si3N4 陶瓷基片材料，其已与东芝公司的商用氮化硅产品性能相近。中科院上硅所曾宇平研究员团队成功研制出平均热导率为 95 W/(mK)，最高可达 120 W/(mK)且稳定性良好的氮化硅陶瓷。其尺寸为 120 mm×120 mm，厚度为 0.32 mm，而且外形尺寸能根据实际要求调整。目前我国的商用高导热 Si3N4 陶瓷基片与国外还是存在差距。因此，研发高导热的 Si3N4 陶瓷基片必将促进我国 IGBT(Insula-ted gate bipolar transistor)技术的大跨步发展，为步入新能源等高端领域实现点的突破。近年来氮化硅陶瓷基板材料的实际热导率不断提高，但与理论热导率仍有较大差距。目前，文献报道了提高氮化硅陶瓷热导率的方法，如降低晶格氧含量、促进晶型转变、实现晶粒定向生长等。本文阐述了如何提高氮化硅陶瓷的热导率和实现大规模生产的成型技术，重点概述了国内外高导热氮化硅陶瓷的研究进展。01晶格氧的影响氮化硅的主要传热机制是晶格振动，通过声子来传导热量。晶格振动并非是线性的，晶格间有着一定的耦合作用，声子间会发生碰撞，使声子的平均自由程减小。另外，Si3N4 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起声子的散射，也等效于声子平均自由程减小，从而降低热导率。图 3 为氮化硅的微观结构。图 3 氮化硅烧结体的典型微观结构研究表明，在诸多晶格缺陷中，晶格氧是影响氮化硅陶瓷热导率的主要缺陷之一。氧原子在烧结的过程中会发生如下的固溶反应:2SiO2→ 2SiSi +4ON+VSi (1)反应中生成了硅空位，并且原子取代会使晶体产生一定的畸变，这些都会引起声子的散射，从而降低 Si3N4 晶体的热导率。Kitayama 等在晶格氧和晶界相两个方面对影响 Si3N4晶体热导率的因素进行了系统的研究，发现 Si3N4晶粒的尺寸会改变上述因素的影响程度，当晶粒尺寸小于 1μm时，晶格氧和晶界相的厚度都会成为影响热导率的主要因素 当晶粒尺寸大于 1μm 时，晶格氧是影响热导率的主要因素。而制备具有高热导率的氮化硅陶瓷，需要其具有大尺寸的晶粒，因此通过降低晶格氧含量来制得高热导率的氮化硅显得尤为关键。下面从原料的选择、烧结助剂的选择和制备过程中碳的还原等方面阐述降低晶格氧含量的有效方法。1.1 原料粉体选择为了降低氮化硅晶格中的氧含量，要先得从原料粉体上降低杂质氧的含量。目前有两种方法:一种是使用低含氧量的 Si 粉为原料，经过 Si 粉的氮化和重烧结两步工艺获得高致密、高导热的 Si3N4 陶瓷。将由 Si 粉和烧结助剂组成的 Si的致密体在氮气气氛中加热到 Si熔点(1414℃)附近的温度，使 Si 氮化后转变为多孔的 Si3N4 烧结体，再将氮化硅烧结体进一步加热到较高温度，使多孔的 Si3N4 烧结成致密的 Si3N4 陶瓷。另外一种是使用氧含量更低的高纯 α-Si3N4 粉进行烧结，或者直接用 β-Si3N4 进行烧结。日本的 Zhou、Zhu等以 Si 粉为原料，经过 SRBSN 工艺制备了一系列热导率超过 150W/(mK)的氮化硅陶瓷。高热导率的主要原因是相比于普通商用 α-Si3N4 粉末，Si 粉经氮化后具有较少的氧含量和杂质。Park 等研究了原料Si 粉的颗粒尺寸对氮化硅陶瓷热导率的影响，发现 Si 颗粒尺寸的减小能使氮化硅孔道变窄，有利于烧结过程中气孔的消除，进而得到致密度高的氮化硅陶瓷。研究表明，当 Si 粉减小到 1μm 后，氮化硅陶瓷的相对密度能达到 98%以上。但是在 SRBSN 这一工艺减小原料颗粒尺寸的过程中容易使原料表面发生氧化，增加了原料中晶格氧的含量。Guo等分别用 Si 粉和 α-Si3N4 为原料进行了对比试验。研究发现，以 Si 粉为原料经过氮化后能得到含氧量较低(0.36%,质量分数)的 Si3N4 粉末，通过无压烧结制得热导率为 66.5W/(mK)的氮化硅陶瓷。而在同样的条件下，以 α-Si3N4 为原料制备的氮化硅陶瓷，其热导率只有 56.8 W/(mK)。用高纯度的 α-Si3N4 粉末为原料，也能制得高热导率的氮化硅陶瓷。Duan 等以 α-Si3N4 为原料，制备了密度、导热系数、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为 3.20 gcm-3 、60 W/(mK)、668 MPa、5.13 MPam1/2 和 15.06 GPa的Si3N4 陶瓷。Kim 等以 α-Si3N4为原料制备了热导率为78.8 W/(mK)的氮化硅陶瓷。刘幸丽等以不同配比的 β-Si3N4/α-Si3N4 粉末为起始原料，制备了热导率为108 W/(mK)、抗弯强度为 626 MPa的氮化硅陶瓷。结果表明:随着 β-Si3N4 粉末含量的增加，β-Si3N4柱状晶粒平均长径比的减小使得晶粒堆积密度减小，柱状晶体积分数相应增加，晶间相含量减少，热导率提高。彭萌萌等研究了粉体种类(β-Si3N4或 α-Si3N4)及 SPS 保温时间对氮化硅陶瓷热导率的影响。研究发现，采用 β-Si3N4粉体制备的氮化硅陶瓷的热导率比采用相同工艺以 α-Si3N4为粉体制备的氮化硅陶瓷高 15% 以上，达到了 105W/(mK)。不同原料制备的Si3N4材料的热导率比较见表1。表 1 不同原料制备的 Si3N4材料的热导率比较综合以上研究可发现，采用 Si 粉为原料制得的样品能达到很高的热导率，但是在研磨的过程中容易发生氧化，而且实验过程繁琐，耗时较长，不利于工业化生产 使用高纯度、低含氧量的 α-Si3N4粉末为原料时，由于原料本身纯度高，能制备出性能优异的氮化硅陶瓷，但是这样会导致成本增加，不利于大规模生产 虽然可以用 β-Si3N4 取代 α-Si3N4为原料，得到高热导率的氮化硅陶瓷，但是 β-Si3N4的棒状晶粒会阻碍晶粒重排，导致烧结物难以致密。1.2 烧结助剂选择Si3N4属于共价化合物，有着很小的自扩散系数，在烧结过程中依靠自身扩散很难形成致密化的晶体结构，因此添加合适的烧结助剂和优化烧结助剂配比能得到高热导率的氮化硅陶瓷。在高温时烧结助剂与Si3N4表面的 SiO2反应形成液相，最后形成晶界相。然而晶界相的热导率只有 0.7～1 W/(mK)，这些晶界相极大地降低了氮化硅的热导率，而且一些氧化物烧结添加剂的引入会导致 Si3N4晶格氧含量增加，也会导致热导率降低。目前氮化硅陶瓷的烧结助剂种类繁多，包括各种稀土氧化物、镁化物、氟化物和它们所组成的复合烧结助剂。稀土元素由于具有很高的氧亲和力而常被用于从 Si3N4晶格中吸附氧。目前比较常用的是镁的氧化物和稀土元素的氧化物组成的混合烧结助剂。Jia 等在氮化硅陶瓷的烧结过程中添加复合烧结助剂 Y2O3-MgO，制备了热导率达到 64.4W/(mK)的氮化硅陶瓷。Go 等同样采用 Y2O3-MgO为烧结助剂，研究了烧结助剂 MgO 的粒度对氮化硅微观结构和热导率的影响。研究发现，加入较粗的 MgO 颗粒会导致烧结过程中液相成分分布不均匀，使富 MgO 区周围的 Si3N4晶粒优先长大，从而导致最终的 Si3N4陶瓷中大颗粒的 Si3N4晶粒的比例增大，热导率提高。然而，加入氧化物烧结助剂会不可避免地引入氧原子，因此为了降低晶格中的氧杂质，可以采用氧化物 + 非氧化物作为烧结助剂。Yang 等以 MgF2-Y2O3为烧结添加剂制备出性能良好的高导热氮化硅陶瓷，发现用 MgF2可以降低烧结过程中液相的粘度，加速颗粒重排，使粉料混合物能够在较低温度(1600℃)和较短时间(3 min)内实现致密化，而且低的液相粘度与高的 Si、N 原子比例有助于 Si3N4 的 α→β 相变和晶粒生长，从而提高 Si3N4 陶瓷的热导率。Hu 等分别以 MgF2-Y2O3和 MgO-Y2O3为烧结助剂进行了对比试验，并探究了烧结助剂的配比对热导率的影响。相比于 MgO-Y2O3，用 MgF2-Y2O3作为烧结助剂时 Si3N4陶瓷热导率提高了 19%，当添加量为 4%MgF2 -5%Y2O3时，能达到最高的热导率。Li 等以 Y2Si4N6C-MgO 代替 Y2O3 -MgO 作为烧结添加剂，通过引入氮和促进二氧化硅的消除，在第二相中形成了较高的氮氧比，导致在致密化的 Si3N4 试样中颗粒增大，晶格氧含量降低，Si3N4 -Si3N4 的连续性增加，使Si3N4 陶瓷的热导率由 92 W/(mK)提高到 120 W/(mK)，提高了 30.4%。为了进一步提高液相中的氮氧比，降低晶格氧含量，通常还采用非氧化物作为烧结助剂。Lee 等研究了氧化物和非氧化物烧结添加剂对 Si3N4 的微观结构、导热系数和力学性能的影响。以 MgSiN2 -YbF3 为烧结添加剂，制备出导热系数为 101.5 W/(mK)、弯曲强度为822～916 MPa 的 Si3N4 陶瓷材料。经研究发现，相比于氧化物烧结添加剂，非氧化物 MgSiN2 和氟化物作为烧结添加剂能降低氮化硅的二次相和晶格氧含量，其中稀土氟化物能与 SiO2 反应生成 SiF4，而SiF4 的蒸发导致晶界相减少，同时也会导致晶界相 SiO2 还原，降低晶格氧含量，进而达到提高热导率的目的。不同烧结助剂制备的氮化硅陶瓷热导率比较见表 2，显微结构如图 4所示。表 2 不同烧结助剂制备的 Si3N4材料的热导率比较图 4 氧化物添加剂(a)MgO-Y2O3 和(d)MgO-Yb2O3、混合添加剂(b)MgSiN2 -Y2O3 和(e)MgSiN3 -Yb2O3 、非氧化物添加剂(c)MgSiN2 -YF3 和(f)Mg-SiN2 -YbF3 的微观结构目前主流的烧结助剂中稀土元素为 Y 和 Yb 的化合物，但是有些稀土元素并不能起到提高致密度的作用。Guo等分别用 ZrO2 -MgO-Y2O3和 Eu2O3 -MgO-Y2O3作为烧结助剂，制得了氮化硅陶瓷，经研究发现 Eu2O3 -MgO-Y2O3的加入反而抑制了氮化硅陶瓷的致密化。综合以上研究发现，相比于氧化物烧结助剂，非氧化物烧结助剂能额外提供氮原子，提高氮氧比，促进晶型转变，还能还原 SiO2 起到降低晶格氧含量、减少晶界相的作用。1.3 碳的还原前面提到的一些能高效降低晶格氧含量的烧结助剂，如Y2Si4N6C和 MgSiN2 等，无法从商业的渠道获得，这就给大规模生产造成了困扰，而且高温热处理也会导致高成本。因此，从工业应用的角度来看，开发简便、廉价的高导热 Si3N4 陶瓷的制备方法具有重要的意义。研究发现，在烧结过程中掺杂一定量的碳能起到还原氧杂质的作用，是一种降低晶格氧含量的有效方法。碳被广泛用作非氧化物陶瓷的烧结添加剂，其主要作用是去除非氧化物粉末表面的氧化物杂质。在此基础上，研究者发现少量碳的加入可以有效地降低 AlN 陶瓷的晶格氧含量，从而提高 AlN 陶瓷的热导率。同样地，在 Si3N4 陶瓷中引入碳也可以降低氧含量，主要是由于在氮化和后烧结过程中，适量的碳会起到非常明显的还原作用，能极大降低 SiO 的分压，增加晶间二次相的 N/O 原子比，从而形成双峰状显微结构，得到晶粒尺寸大、细长的氮化硅颗粒，提高氮化硅陶瓷的热导率。Li 等用 BN/石墨代替 BN 作为粉料底板后，氮化硅陶瓷的热导率提升了 40.7%。研究发现，即使 Si 粉经球磨后含氧量达到了 4.22%，氮化硅陶瓷的热导率依然能到达 121 W/(mK)。其原因主要是石墨具有较强的还原能力，在氮化的过程中通过促进 SiO2 的去除，改变二次相的化学成分，在烧结过程中进一步促进 SiO2 和 Y2Si3O3N4 二次相的消除，从而使产物生成较大的棒状晶粒，降低晶格氧含量，提高 Si3N4 -Si3N4 的连续性。研究表明，虽然掺杂了一部分碳，但是氮化硅的电阻率依然不变，然而最终的产物有很高的质量损失比(25.8%)，增加了原料损失的成本。Li 等发现过量的石墨会与表面的 Si3N4 发生反应，这是导致氮化硅陶瓷具有较高质量损失比的关键因素。于是他们改进了制备工艺，采用两步气压烧结法，用 5%(摩尔分数) 碳掺杂 93%α-Si3N4 -2%Yb2O3

【科学背景】随着对层状van der Waals（vdW）材料的研究日益深入，科学家们开始关注由扭曲堆积形成的莫尔纹超晶格。这种现象打破了晶体结构的对称性，引发了科研领域对新颖物理现象的兴趣。在这种超晶格中，层状晶体片之间存在轻微的相对旋转，即扭曲角，其引起的变化可能导致材料性质发生独特的变化。例如，魔角双层和多层石墨烯中观察到了超导性，而在两个略微扭曲的六角硼氮化物（hBN）薄晶片之间的界面上出现了铁电样区域。尽管这些扭曲堆积现象引起了广泛关注，但对于这些材料的力学性质了解还不充分。特别是在vdW陶瓷材料中，尚未有针对扭曲结构对变形性和强度的影响进行深入研究。针对这一问题，燕山大学赵智胜及田永君、陕西理工大学张洋博士合作提出了一种合成方法，通过常规的火花等离子烧结（SPS）和热压烧结制备了具有扭曲层结构的BN陶瓷材料。在制备过程中，他们使用了类似洋葱的BN纳米颗粒作为起始材料，并采取了特定的制备条件来实现所需的扭曲结构。该研究解决了对于vdW陶瓷材料的扭曲结构对变形性和强度的影响的认识不足的问题。通过合成具有三维相互锁定的BN纳米片的扭曲层陶瓷材料，科学家们成功地展示了这种材料具有超高的室温变形性和强度。这一突破为工程陶瓷领域提供了新的可能性，因为通常情况下工程陶瓷的变形性较差，几乎没有塑性。通过将扭曲层结构引入vdW陶瓷材料，研究人员改变了材料的内部结构，从而实现了材料力学性能的显著提高。【科学解读】为了研究洋葱状BN（oBN）前体向六角硼氮化物（hBN）陶瓷的相变过程，并深入了解形成的结构特征，研究者通过图1详细表征了实验结果。在图1a中，研究者通过X射线衍射（XRD）图谱展示了不同SPS条件下制备的块状陶瓷的结构演变。图中的XRD图谱表明，随着烧结温度的升高，oBN前体的宽峰逐渐变窄，同时出现了与hBN类似的衍射线，指示了oBN向hBN样式的层状结构的相变过程。在图1b中，展示了在1,600℃烧结5分钟的陶瓷的显微结构，显示了纳米片的随机取向。通过选择区域电子衍射（SAED）测量，揭示了1,600℃样品与标准hBN晶体学衍射图案存在差异，暗示了一些亚稳态结构的存在。在图1c和图1d中，通过差分相位对比图像和高角度透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像，研究者观察到了具有扭曲不同BN纳米片的层状结构。而在图1e中，透射电子显微镜（TEM）图像呈现了莫尔纹超晶格的存在，通过傅里叶变换图案表明了两组衍射斑点之间的旋转角度为27.8°。这些实验结果揭示了在1,600℃条件下烧结的陶瓷中存在着扭曲层结构，与标准hBN相比存在差异，暗示了亚稳态结构的存在。图1. 通过SPS制备的块状陶瓷的XRD图谱和显微结构。图2展示了通过SPS制备的TS-BN陶瓷在室温下具有超高的变形性和强度。在图中研究者进行了工程应力-应变曲线表征，发现TS-BN-I陶瓷在1,600°C烧结5分钟后表现出非凡的工程应变（14%）和强度（626MPa），远远超过了普通hBN陶瓷。通过单个循环压缩试验和多个循环试验，研究者证明了TS-BN-I陶瓷具有持久的塑性变形能力，并且能够在多次载荷-卸载循环中保持完整，这表明了其出色的力学稳定性。耗散能量与单轴压缩应力的对数-对数图显示，TS-BN陶瓷具有非常高的能量耗散能力，在塑性变形阶段的能量耗散甚至超过了商业hBN陶瓷等其他工程陶瓷。这些结果突出了TS-BN陶瓷在室温下具有出色的弹塑性能，表明其在冲击吸收器等应用中的潜在应用前景。TS-BN陶瓷的制备和性能评价为工程陶瓷领域带来了新的突破，为设计和制造具有优异力学性能的陶瓷材料提供了重要参考。图2. 通过SPS制备的TS-BN陶瓷的超高室温变形性和强度。图3展示了TS-BN陶瓷超高变形性和强度的起源。a部分通过计算得出了假想的θ-tBN晶体的滑移能和解理能。结果表明，与hBN相比，引入了扭曲堆叠结构后，滑移能明显降低，而解理能保持不变。这表明了扭曲堆叠对材料变形性能的重要影响。b部分展示了假想θ-tBN晶体的固有变形性因子（Ξ），与hBN相比，θ-tBN晶体的Ξ值提高了两个数量级，甚至超过了已知具有超高室温变形性的其他材料，如Ag2S和InSe。这表明扭曲堆叠结构对材料的变形性能有显著的提升作用。c和d部分展示了在三轴压缩试验中得到的(001)和(100)晶格面的平均差异应力（即强度）。结果显示，TS-BN的强度明显高于hBN。这说明了扭曲堆叠结构在提高陶瓷材料强度方面的重要作用。图3. TS-BN陶瓷超高变形性和强度的起源。图4展示了TS-BN陶瓷的变形模式。a) 断裂表面显示了大量纳米片，这些片被弯曲形成了明显的弯曲结构（白色箭头）。这些弯曲的纳米片表明了在陶瓷断裂过程中发生的弯曲变形。b) DF-STEM图像展示了陶瓷中纳米片的弯曲（白色箭头）和剥离（橙色箭头）。通过剥离面，纳米片被“剥离”成多个片，这显示了纳米片之间的局部剥离现象。c) HAADF-STEM图像表征了弯曲边界的局部缺陷（红色圆圈），表明了陶瓷中存在的一些微观缺陷。d) TEM图像展示了基面原子层之间的ripplocation（箭头）和位错（⊥），这些位错和ripplocation是陶瓷中的变形机制之一。这些观察结果揭示了TS-BN陶瓷的变形机制，包括纳米片的弯曲、剥离以及基面原子层之间的位错和ripplocation。这些变形机制有助于陶瓷在受力过程中保持整体结构的完整性，从而提高了其机械性能和韧性（见图4）。图4. TS-BN陶瓷的变形模式。【科学结论】本文展示了通过调控层状结构中的扭曲堆叠可以显著改变二维材料的物理和力学性质。研究者通过对氮化硼陶瓷的制备和调控，成功地实现了超高的变形能力和强度，这为工程陶瓷领域提供了全新的思路和方法。通过引入扭曲堆叠，陶瓷的变形因子得到显著提高，从而使其具有超出传统材料的变形能力和强度。这为设计和制备具有优异力学性能的新型陶瓷材料提供了新的思路和策略。此外，本文还揭示了纳米结构调控对材料性能的重要性，强调了在材料设计和工程中利用纳米尺度结构调控的潜力。原文详情：Wu, Y., Zhang, Y., Wang, X. et al. Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength. Nature 626, 779–784 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07036-5

中国科学院半导体研究所研究员刘志强等与北京大学、北京石墨烯研究院等单位合作，在氮化物外延及热电能源器件领域取得系列研究进展，验证了氮化物异质异构单晶外延的可行性，提出了氮化物位错控制新思路，拓展了氮化物在高温热电领域的应用。相关成果分别以Continuous Single-Crystalline GaN Film Grown on WS2-Glass Wafer、Atomic Mechanism of Strain Alleviation and Dislocation Reduction in Highly Mismatched Remote Heteroepitaxy Using a Graphene Interlayer、Graphene-Assisted Epitaxy of High-Quality GaN Films on GaN Templates、High Power Efficiency Nitrides Thermoelectric Device为题，在线发表在Small、Nano Letters、Advanced Optical Materials、Nano Energy上。 　　实现不依赖于衬底晶格的氮化物材料外延，有望突破衬底限制，融合宽禁带半导体材料与其他半导体材料的性能优势，为器件设计提供新的自由度。研究团队于2021年利用石墨烯二维晶体作为缓冲层，借助纳米柱等底层微纳结构，实现了非晶衬底上的氮化物准单晶薄膜的异质异构外延。近期，研究团队在该领域取得进展，利用与氮化物晶格匹配的过渡金属硫化物为缓冲层，构筑人工生长界面，实现了非晶玻璃晶圆上的单晶薄膜制备，并实现了紫外发光器件的制备。该项工作以非晶衬底这一极端情况，验证了氮化物异质异构单晶外延的可行性。 　　刃位错是氮化物材料中的代表性缺陷类型，与另外一种典型缺陷——螺位错相比，通常情况下其浓度要高一个数量级。刃位错对氮化物发光、电子器件的性能均会产生重要影响。由于氮化物与异质衬底之间固有的晶格失配，刃位错的有效抑制手段非常有限。近期，研究团队采用远程外延，实现了氮化物外延层中刃位错的有效降低，在原子尺度上研究了应力释放和位错密度降低的物理机制。研究发现无极性的石墨烯缓冲层可以削弱源于衬底的晶格势场，使得外延层能够在晶体取向得到控制的同时，其晶格也能相对自由地生长。因此，异质外延中晶格失配引起的应力得到了释放，外延层刃位错密度降低近一个数量级。在这种低应力的GaN模板上，研究人员成功制备了高In组份的InGaN/GaN量子阱，实现了黄光波段LED器件。 　　氮化物材料由于生长方法的限制具有高密度的穿透位错，这些穿透位错会充当非辐射复合中心和漏电通道，对氮化物基光电器件和电力电子器件的性能有严重的负面影响。近期，研究团队采用二维材料石墨烯辅助外延的方法，实现了低应力、低位错密度的高质量GaN薄膜的外延生长，并揭示了石墨烯在界面处降低外延层中穿透位错密度的机制。研究发现石墨烯可以部分屏蔽衬底势场，衬底势场实现界面晶格调控的同时，其表面势场波动一定程度被削弱。因此外延层可以通过原子滑移释放部分应力，实现应力的自发驰豫。引入石墨烯二维晶体后，GaN模板中因穿透位错导致的晶格畸变在外延界面得以恢复，表现为石墨烯在界面处阻挡了穿透位错向上的扩散，因此获得了比相同衬底同质外延位错密度更低的GaN薄膜。 　　能源是社会经济发展永恒的主题，工业生产中消耗化石燃料产生能量的约70%以废热的形式被排放。热电转换技术能够可逆地将废热转换成电能，在提高能源利用效率和回收废弃能源方面具有重要的意义。与此同时，热电器件在太空等极端环境下具有重要的应用，热电发电机是旅行者2号的唯一能量来源，目前已经连续工作40余年。然而，传统的窄禁带半导体材料存在高温下少数载流子激发导致的温差电动势抑制效应，工作温度较低。以GaN为代表的III族氮化物具有较大的禁带宽度、优异的热稳定性、高的抗辐射强度，同时易实现可控调制的合金和异质结结构，在高温热电方面展现出巨大的应用潜力。由于决定热电性能的塞贝克系数S、电导率σ、热导率k之间相互耦合和制约的关系，合理设计材料结构、采取最优化方案提高ZT值，一直是热电研究的重要课题。研究团队探索了合金化和低维超晶格结构对载流子和声子输运的调控作用，实现了电子、声子输运的有效解耦，成功制备了热电器件。ZT值优于同类器件的文献报道。该工作拓展了III族氮化物在热电方面的应用，提供了一种非常有前途的高温热电器件解决方案。图1 WS2-玻璃晶圆上单晶GaN薄膜的生长图2 WS2-玻璃晶圆上的AlxGa1-xN成核及单晶GaN薄膜生长。(a) 低温AlxGa1-xN成核后WS2的拉曼光谱；(b) 拉曼测试点的示意图；(c) 成核生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像；(d) AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像及对应的Ga、O、S和W元素的EDS面扫图像；(e) 薄膜生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的高分辨TEM图像；(f) 薄膜生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像；(g) 界面附近GaN的iDPC图像图3 基于石墨烯的远程异质外延与传统异质外延的界面对比。(a) AlGaN/蓝宝石界面的原子结构和GPA exx图像；(b) AlGaN/石墨烯/蓝宝石界面的原子结构和GPA exx图像；(c) 有无石墨烯时界面处氮化物与蓝宝石衬底的面内晶格失配对比；(d) 有无石墨烯时界面处氮化物与蓝宝石衬底的面外晶格失配对比；(e) 无石墨烯时氮化物在蓝宝石台阶上的原子排列；(f) 有石墨烯时氮化物在蓝宝石台阶上的原子排列；(g) 无石墨烯时靠近台阶处沿面外方向的氮化物原子偏移；(h) 有石墨烯时靠近台阶处沿面外方向的氮化物原子偏移；(i) 界面附近两个原子层面外方向原子偏移的线轮廓图4 石墨烯辅助外延中的应力驰豫和位错演化机制。石墨烯辅助外延生长和直接外延生长的GaN薄膜的(a) XRD摇摆曲线对比，(b) 刃位错和螺位错密度对比，(c) 应力对比；GaN/石墨烯/GaN界面处的(d) 暗场像图像，(e) GPA exx图像；(f) 石墨烯在界面处阻挡穿透位错向上扩散的示意图；(g) 空白GaN表面的电势场波动；(h) 石墨烯/GaN复合衬底表面的电势场波动；(i) 空白GaN表面和石墨烯/GaN复合衬底表面沿特定方向的电势波动对比图5 氮化物器件的热电性能。(a) 塞贝克测量装置示意图；(b) 不同温度梯度下的红外热成像图；(c) 开路电压随温差时间变化曲线；(d) 塞贝克系数拟合曲线

硅基氮化镓横向功率器件因其低比导通电阻、高电流密度、高击穿电压和高开关速度等特性，已成为下一代高密度电力系统的主流器件之一，而且在电子消费产品中得到大规模应用。由于硅基氮化镓横向功率器件电气可靠性十分有限，主要表现在硬开关工作环境中的动态电阻退化效应，这给其在寿命要求较长的领域（如数据中心、基站等电源系统）应用带来了挑战，阻碍了其在ICT电源等大功率领域中的大规模应用。提升硅基氮化镓横向功率器件可靠性的难点在于如何准确测试出器件在长期高压大电流应力工作下的安全工作区，如何保证器件在固定失效率下的寿命。硅基氮化镓横向功率器件在高压大电流场景下的“可恢复退化”与“不可恢复退化”一直以来很难区分，这给器件安全工作区的识别和寿命评估带来了极大挑战。针对上述问题，中国科学院微电子研究所研究员刘新宇团队基于自主搭建的硅基氮化镓横向功率器件动态可靠性测试系统，从物理角度提出了硅基氮化镓横向功率器件开关安全工作区的新定义及表征方法。该技术能够表征硅基氮化镓横向功率器件开发中动态电阻增大的问题及其开发的硅基氮化镓横向功率器件对应的材料缺陷问题。相关研究成果以Characterization of Electrical Switching Safe Operation Area On Schottky-Type p-GaN Gate HEMTs为题发表在《IEEE电力电子学汇刊》（IEEE Transactions on Power Electronics）上 。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目以及北京市科学技术委员会项目等的支持。图 (a) 团队自主搭建的自动化硅基氮化镓横向功率器件动态可靠性研究平台；(b) 基于器件是否生成新陷阱的角度区分硅基氮化镓横向功率器件的“可恢复退化”与“不可恢复退化；。(c) 提出一种检测器件发生不可恢复退化的边界的测试方法，以此测试序列表征器件开关安全工作区；(d) 所测试的硅基氮化镓横向功率器件的开关安全工作区。

有市场消息传出，台积电正扩大采购买氮化镓相关半导体设备，6英寸厂内相关产能将翻倍。自去年开始就陆续有消息传出，台积电看好化合物半导体领域，将与国外大厂合作进军此领域，尤其是氮化镓晶圆。魏哲家当初表示，氮化镓拥有高效能、高电压等特性，适合用在高频半导体，而台积电在氮化镓制程技术上已有所进展，符合客户要求，看好未来氮化镓应用前景。如今，小批量生产正在扩大。台积电目前是提供6英寸硅基氮化镓晶圆代工服务，且在结盟意法半导体后，又与纳微半导体进行合作，先进功率氮化镓解决方案正陆续开发，预期能抢攻目前最热门的电动车市场商机。作为一种宽禁带半导体材料，氮化镓运作将比硅元件快上20倍，应用在充电器上，将可使速度快3倍，但却能大幅缩小体积与重量。虽然氮化镓还不能用在制作如CPU等逻辑IC，主要是光电、通讯射频及电源功率元件，但仍然相当重要，且造价并不便宜。此类化合物半导体已被认为是第三代半导体，各国正积极投入生产及研究，还有如碳化硅等，具有耐高温、耐高压的特点，在电力电子系统上能有相当广泛的应用，当然也包括电动车，所以除了手机快充外，目前投入化合物半导体的业者基本上都相当积极的想要打入电动车供应链。如台湾地区的茂矽、汉磊科等也早已布局相关应用，抢先跨过技术门槛来争抢市占，自去年Q4以来，车用电子急遽升温，客户订单开始激增，目前产能都已满载，价格当然也攀高，市场相当看好，甚至预期下半年客户不会修正库存，动能将持续，并一举反亏为盈。虽然这只是期望，但无论如何，化合物半导体市场正在扩大，将会是趋势。据台湾工研院报告，2025年就将成长到1780亿美元，而相对来讲投入的厂商仍少，但有的厂商已取得不错的成果。

【研究背景】六方氮化硼（hBN）作为一种具有原子级平整性和无悬挂键的二维材料，因其优异的介电性能和化学稳定性，成为了下一代大规模集成电子设备中介电材料集成的研究热点。然而，尽管大量研究致力于生长单晶hBN薄膜，晶圆级超平整hBN仍然未能实现，主要挑战在于其表面褶皱和底层金属台阶堆积的问题，这会显著影响hBN的性能及其在高质量2D材料集成中的应用。为解决这一问题，北京大学彭海琳教授和深圳理工大学丁峰教授等人提出了一种新颖的外延生长方法，通过在Cu0.8Ni0.2(111)/蓝宝石晶圆上生长hBN。该方法利用hBN与Cu0.8Ni0.2(111)之间的强耦合，成功地抑制了褶皱和台阶堆积的形成，实现了晶圆级的超平整单晶hBN薄膜。相关成果在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Ultraflat single-crystal hexagonal boron nitride for wafer-scale integration of a 2D-compatible high-κ metal gate”的最新论文。基于这一超平整hBN作为保护层，研究者们进一步将超薄高κ介电材料集成到二维材料上，形成了无损伤的界面。所得到的hBN/HfO2复合介电体展示了超低的漏电流（2.36×10&minus 6 A cm&minus 2）和0.52 nm的超薄等效氧化层厚度，满足了国际器件与系统路线图的目标。这一研究不仅解决了超平整hBN的生长难题，还为未来2D电子设备的集成提供了有效的策略。【科学亮点】1. 实验首次在Cu0.8Ni0.2(111)/蓝宝石晶圆上成功外延生长了4英寸超平整单晶hBN薄膜。 通过利用hBN与Cu0.8Ni0.2(111)之间的强耦合，显著抑制了褶皱的形成，并确保了平行对齐的hBN领域的无缝拼接，从而在晶圆级别上实现了超平整的单晶hBN薄膜。这一方法突破了晶圆级超平整hBN的生长难题。2. 实验通过在超平整hBN上集成超薄高κ介电材料（如HfO2），实现了高质量的2D材料保护层。 所得到的hBN/HfO2复合介电体展示了超低漏电流（2.36×10&minus 6 A cm&minus 2）和0.52 nm的超薄等效氧化层厚度，符合国际器件与系统路线图的目标。此结果表明，通过这种集成方法，可以在2D电子器件中实现高性能的介电保护层。【科学图文】图1： Cu0.8Ni0.2(111)晶圆上，超平六方氮化硼Hexagonal boron nitride，hBN单晶设计。图2. 超平六方氮化硼hBN薄膜的表征。图3. 在Cu0.8Ni0.2(111)衬底上，褶皱抑制机制。图4. 在二维2D材料上，高介电常数/金属栅极high-κ/metal gate，HKMG集成。【科学结论】本文的研究揭示了超平整单晶hBN在二维材料集成中的重要性及其潜力。通过在Cu0.8Ni0.2(111)/蓝宝石晶圆上外延生长4英寸超平整单晶hBN，展示了强耦合效应在抑制褶皱和确保平行对齐领域无缝拼接中的关键作用。这种超平整的hBN薄膜不仅为高质量二维材料的合成提供了新的平台，还为未来高性能电子器件的制造奠定了基础。通过将超平整的hBN作为保护层，成功集成了晶圆级超薄高κ介电材料，形成了无损伤的界面，达到了超低漏电流（2.36×10&minus 6 A cm&minus 2）和超薄等效氧化层厚度（0.52 nm）的优异性能。这一成果不仅满足了国际器件与系统路线图的要求，还推动了二维材料的研究进展。未来的研究可以在此基础上进一步探索超平整二维材料的合成方法，以及其在先进电子器件中的应用潜力，从而促进新一代电子技术的发展。参考文献：Wang, Y., Zhao, C., Gao, X. et al. Ultraflat single-crystal hexagonal boron nitride for wafer-scale integration of a 2D-compatible high-κ metal gate. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01968-z

当前，信息技术的高速发展对半导体器件的热管理提出了更高的要求：一方面需要使用更好的散热材料（如石墨烯、金刚石等），另一方面需要降低接触界面热阻。对于小尺寸的高功率器件而言，界面的导热能力实际上已经成为制约器件性能提升的瓶颈，因此，研究其界面导热机制尤其重要。在半导体器件中，界面热导主要是由异质结界面附近的几个原子层产生的界面声子决定的。但目前人们对于界面声子如何影响界面热导知之甚少，主要原因是缺乏有效实验测量界面声子的手段。图 (a) AlN/Si异质结界面处的原子分辨图；(b) AlN/Si异质结界面的EELS谱；(c) AlN/Si和AlN/Al异质结四种不同界面模式的声子态密度分布及对界面热导的贡献近来，北京大学物理学院量子材料科学中心、电子显微镜实验室高鹏教授课题组，发展了兼具空间分辨和动量分辨能力的四维电子能量损失谱技术（Nature Communications 2021, 12, 1179 发明专利：ZL202011448013.7），并展示了可应用于异质结界面声子色散的测量（Nature 2021, 559, 399)。最近，他们和清华大学、南方科技大学等合作，利用该谱学方法测量了第三代半导体氮化铝（AlN）与硅（Si）衬底、金属铝（Al）电极等界面的晶格动力学行为，并探索了不同界面的声子传输行为及其对界面热导的贡献。联合研究团队发现AlN/Si和AlN/Al的界面声子模式迥然不同，从而导致界面热导数倍的差异。通常，界面声子可以分为四类：扩展模式、局域模式、部分扩展模式和孤立模式。其中，扩展模式和局域模式与界面两侧的体态声子都有很强的关联，使得一侧的声子通过弹性/非弹性散射穿过界面到达另一侧，充当连接两侧体态声子的桥梁，从而有助于提升界面热导；而部分扩展模式和孤立模式对界面热导贡献很小。联合研究团队首先在AlN/Si异质结界面上观测到了界面模式具有明显的桥效应：界面存在原子尺度局域的声子模式，与界面两侧AlN和Si的不同能量的体声子都能发生非弹性散射从而交换能量；此外，也观察到了明显的界面扩展模式。这两种模式都能有效促进界面热量的传输。而在AlN/Al界面，并没有观察到明显的由局域模式或扩展模式构成的声子桥，其界面声子模式主要为部分扩展模式，对热量的传输效率较低。这些结果解释了为什么AlN/Al的界面热导要远小于AlN/Si。该工作深化了对界面声子传输和热输运的理解，尤其为基于氮化物的高电子迁移率晶体管和大功率发光二极管等高功率半导体器件的热管理提供了有价值的信息。2022年2月18日，相关成果以“原子尺度探测氮化物半导体异质结界面声子桥”（Atomic-scale probing of heterointerface phonon bridges in nitride semiconductor）为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生李跃辉为第一作者，高鹏为通讯作者，其他主要合作者包括北京大学物理学院的研究助理亓瑞时、2018级博士研究生时若晨，清华大学胡健楠博士、马旭村教授、罗毅院士，以及清华大学和南方科技大学薛其坤院士等。上述研究工作得到国家自然科学基金，以及量子物质科学协同创新中心、怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台、北京大学高性能计算平台等支持。论文原文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2117027119

第三代半导体材料主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等为代表的宽禁带半导体材料。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.3eV)，亦被称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是碳化硅和氮化镓，而氧化锌、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，被行业称为第三代半导体材料的双雄。专利一般是由政府机关或者代表若干国家的区域性组织根据申请而颁发的一种文件，这种文件记载了发明创造的内容，并且在一定时期内产生这样一种法律状态，即获得专利的发明创造在一般情况下他人只有经专利权人许可才能予以实施。在我国，专利分为发明、实用新型和外观设计三种类型。专利文献作为技术信息最有效的载体，囊括了全球90%以上的最新技术情报，相比一般技术刊物所提供的信息早5～6年，而且70%～80%发明创造只通过专利文献公开，并不见诸于其他科技文献，相对于其他文献形式，专利更具有新颖、实用的特征。可见，专利文献是世界上最大的技术信息源，另据实证统计分析，专利文献包含了世界科技技术信息的90%～95%。如此巨大的信息资源远未被人们充分地加以利用。事实上，对企业组织而言，专利是企业的竞争者之间惟一不得不向公众透露而在其他地方都不会透露的某些关键信息的地方。因此，通过对专利信息细致、严密、综合、相关的分析，可以从其中得到大量有用信息。基于此，仪器信息网特统计分析了第三代半导体中氮化镓的专利信息，以期为从业者提供参考。（本文搜集信息源自网络，不完全统计分析仅供读者参考，时间以专利申请日为准）专利申请趋势分析（1994-2020）申请人数量趋势分析（1994-2020）发明人数量趋势分析（1994-2020）本次统计，以“氮化镓”为关键词进行检索，共涉及专利总数量为9740条（含世界知识产权组织254条专利），其中发明专利8270条、实用新型专利1169条和外观专利47条。从统计结果可以看出可以看出，从1994年开始，氮化镓专利数量和专利申请人数量整体呈增长趋势，只在2012-2014年之间和2020年呈下降趋势。这表明氮化镓的研发投入不断增加，相关企业和科研院所数量也在不断增加。从专利发明人数量趋势可以看出，从事氮化镓相关研究的人数也在逐年增加，氮化镓已成为研究热点。申请人专利排行发明人专利量排行那么从事相关研发工作的主要有哪些单位呢？从申请人专利量排行可以看出，在专利申请人申请量排名中，中国科学院半导体研究所的表现最为突出共申请专利314件，三菱电机株式会社（排名第二）与电子科技大学（排名第三）也不甘示弱，分列第二与第三位。具体来看，半导体所的专利主要集中于材料生长、加工工艺等方面；三菱电机的专利主要集中于功率器件制造、半导体装置等方面。在发明人专利量排行中，李鹏的专利量最多，其次为胡加辉、李晋闽等人。李鹏发明的专利主要归华灿光电所属，专利集中于氮化镓发光二极管领域的研究。据了解，华灿光电成立于2005年的华灿光电股份有限公司，是我国领先的半导体技术型企业。目前有张家港、义乌、玉溪三大生产基地。历经十几年的发展，华灿光电已成为国内第二大LED芯片供应商，国内第一大显示屏用LED芯片供应商。2015年收购云南蓝晶，整合LED上游产业资源。专利申请区域统计通过对专利申请区域进行统计能够了解到目前专利技术的布局范围以及技术创新的活跃度，进而分析各区域的竞争激烈程度。从专利申请区域可以看出，氮化镓专利申请主要集中于广东省、江苏省等，这些地区都是半导体产业发达的地区，其在第三代半导体方面的布局也快人一步。值得注意的是，日本企业在国内也有很多专利布局。专利技术分类统计从专利技术分类来看，大部分氮化镓的专利都集中于电学领域。这主要是因为氮化镓是功率器件和射频器件的重要半导体材料，在电力电子、射频芯片等领域都要重要的应用。具体来看，相关研究主要集中于光发射的半导体器件、半导体装置或设备、半导体材料在基片上的沉积等方面。

记者从中捷产业园区了解到，&ldquo 海水淡化与膜工程技术研发中心&rdquo 项目建设即将正式启动，中科院过程工程研究所科研团队已入驻中捷产业园区，进行前期准备工作。这一项目按照国家重点实验室或国家工程中心水准的建设目标，重点开展海水淡化及浓盐水综合提取与利用、相关成套装备设计制造以及生物技术应用等方面的研究和产业化工作，优先发展高效膜法海水淡化技术研究。 　　据介绍，&ldquo 海水淡化与膜工程技术研发中心&rdquo 项目由渤海新区、中科院过程工程研究所、广东中科保生物科技有限公司三方共建，于2013年1月份在北京签约，标志着渤海新区与国家级科研院所的合作进入实质化阶段。新区将依托过程所在膜分离技术、海水淡化、生物技术、新材料等领域的科技成果及人才优势，开创&ldquo 海水淡化产业发展试点园区&rdquo 的新时代。 　　中捷产业园区相关负责人介绍，此项目推进的同时，广东中科保生物科技有限公司将在园区启动投资5亿元的日产5万吨海水淡化项目，目前已完成一期可研报告的初稿，进展顺利。投资10亿元的海水淡化装备产业示范园区也正在谋划。(孙利存刘晓春孙智超)

近日，美国弗吉尼亚理工大学电力电子技术中心（CPES）和苏州晶湛半导体团队合作攻关，通过采用苏州晶湛新型多沟道AlGaN/GaN异质结构外延片，以及运用pGaN降低表面场技术（p- GaN reduced surface field (RESURF)制备的肖特基势垒二极管(SBD)，成功实现了超过10kV的超高击穿电压。这是迄今为止氮化镓功率器件报道实现的最高击穿电压值。相关研究成果已于2021年6月发表于IEEE Electron Device Letters期刊。图1：多沟道AlGaN/GaN SBD器件结构图（引用自IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 42, NO. 6, JUNE 2021）实现这一新型器件所采用的氮化镓外延材料结构包括20nm p+GaN/350nm p-GaN 帽层以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nm GaN本征层的5个沟道。该外延结构由苏州晶湛团队通过MOCVD方法在4吋蓝宝石衬底上单次连续外延实现，无需二次外延。基于此外延结构开发的氮化镓器件结构如图1所示，在刻蚀工艺中，通过仅保留2微米的p-GaN场板结构（或称为降低表面场（RESURF）结构），能够显著降低峰值电场。在此基础上制备的多沟道氮化镓肖特基势垒二极管（SBD），在实现10kV的超高击穿电压的同时，巴利加优值（Baliga’s figure of merit, FOM）高达2.8 ，而39 的低导通电阻率，也远低于同样10kV耐压的 SiC 结型肖特基势垒二极管。多沟道氮化镓器件由于采用廉价的蓝宝石衬底以及水平器件结构，其制备成本也远低于采用昂贵SiC衬底制备的SiC二极管。创新性的多沟道设计可以突破单沟道氮化镓器件的理论极限，进一步降低开态电阻和系统损耗，并能实现超高击穿电压，大大拓展GaN器件在高压电力电子应用中的前景。在“碳达峰+碳中和”的历史性能源变革背景下，氮化镓电力电子器件在电动汽车、充电桩，可再生能源发电，工业电机驱动器，电网和轨道交通等高压应用领域具有广阔的潜力。苏州晶湛半导体有限公司已于近日发布了面向中高压电力电子和射频应用的硅基，碳化硅基以及蓝宝石基的新型多沟道AlGaN/GaN异质结构外延片全系列产品，欢迎海内外新老客户与我们洽商合作，共同推动氮化镓电力电子技术和应用的新发展！

导读 氮化处理工艺应用广泛，但有时由于热处理工艺不正确或操作不当，往往造成产品的各种表面缺陷，影响了产品使用寿命。某氮化处理的工件表面出现了内氧化开裂，使用岛津电子探针EPMA对其进行了分析。 科普小课堂 氮化处理的特点：氮化处理是一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。工件进行氮化热处理可显著提高其表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性能、抗疲劳性能以及优秀的耐高温特性，而且氮化处理的温度低、工件变形小、适用材料种类多，在生产中有着大规模应用。 氮化处理的原理：传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入表层内，形成不同含氮量的氮化铁以及各种合金氮化物，如氮化铝、氮化铬等，这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，从而改变了表层的化学成分和微观组织，获得了优异的表面性能。 裂纹产生的原因是什么？ 电子探针分析氮化后的内氧化裂纹：通过之前的系列，已经了解了超轻元素的测试难点以及岛津电子探针在轻元素和超轻元素分析方面的特点和优势。为了查明氮化工件开裂的问题，使用岛津电子探针EPMA-1720直接对失效件的横截面进行元素的分布表征。 岛津电子探针EPMA-1720 结果显示：裂纹内部主要富集元素C和O，工件表面存在脱碳现象，工件内部存在碳化物沿晶分布，氮化层有梯度地向内扩展趋势。氮化处理前工件是不允许出现脱碳现象的，如前期原材料或前序热处理环节中出现脱碳现象，需要机械加工处理掉。内部的沿晶碳化物会造成晶界结合力的减弱，容易造成沿晶开裂。 表1 表面微裂纹横截面元素C、O、N的分布特征 对另一侧的面分析显示，渗氮处理前，试样表面也存在脱碳层。脱碳层如未全部加工掉，将会致使工件表面脱碳层中含有较高浓度的氮，从而得到较厚的针状或骨状高氮相。具有这种组织形态的渗层，脆性及对裂纹的敏感性都很大。而且在表面也有尖锐的不平整凸起，这些都可能会造成后续工艺中的应力集中导致表面微裂纹。 同时也观察到某些合金元素存在些微的分布不均匀现象，不过这些轻微的成分变化，对性能的影响应该不大。 表2 另一侧面表面微裂纹横截面元素C、Mo、O的分布特征 试样腐蚀后进行金相分析。微观组织显示，近表层存在55~85μm的内部微裂纹，氮化后出现连续的白亮层，白亮氮化层并未在内部裂纹中扩散，所以微裂纹应该出现在表面氮化工艺后的环节。 结论 使用岛津电子探针EPMA-1720对某氮化工件表面微裂纹进行了分析，确认了表面的脱碳现象、基体的碳化物晶界分布、氮化过程中氮的近表面渗透扩展以及微裂纹中氧的扩散现象。工件原材料或工件在氮化前进行调质处理的淬火加热时，都要注意防止产生氧化脱碳；如果工件表面已产生了脱碳，则在调质后氮化前的切削和磨削加工中，须将其去除。同时在氮化工艺前需要加入并做好去应力热处理工艺，否则可能内应力过大造成氮化后的表面缺陷。

随着科技和工业技术的快速发展，人们对材料的硬度、强度、耐磨损、热膨胀系数及绝缘性能等提出了更高的要求。而高技术陶瓷作为继钢铁、塑料之后公认的第三类主要材料，一直以来在突破现有合金和高分子材料的应用极限方向被人们寄以厚望。其中，氮化硅陶瓷因具有优异的低密度、高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化等诸多优点，成为了最具发展潜力与市场应用的新型工程材料之一，在高温、高速、强腐蚀介质的工作环境中具有特殊的应用价值，已被广泛应用在精密机械、电气电子、军事装备和航空航天等领域。但另一方面，工程陶瓷具有硬、脆的特性，使得其机械加工性能较差，因此磨削已成为陶瓷零件的主要加工方式。 工程陶瓷在磨削过程中，工件的表面受剪切滑移、剧烈摩擦、高温、高压等作用，很容易产生严重的塑性变形，从而在工件表面产生残余应力。残余应力将会直接影响工程陶瓷零件的断裂应力、弯曲强度、疲劳强度和耐腐蚀性能。工程陶瓷零件的断裂应力和韧性相比于金属对表面的应力更为敏感。关于残余压应力或拉应力对材料的断裂韧性的影响，特别是裂纹的产生和扩展尚需进一步的研究。零件表面/次表面的裂纹极大地影响着其性能及服役寿命。因此，探索工程陶瓷的残余应力与裂纹扩展的关系就显得尤为重要。 Huli Niu等人为了获得高磨削表面质量的工程陶瓷，以氮化硅陶瓷为研究对象，进行了一系列磨削实验。研究表明：(1)提高砂轮转速、减小磨削深度、降低进给速率有利于减小氮化硅陶瓷的纵向裂纹扩展深度。氮化硅陶瓷工件在磨削后，次表面的裂纹主要是纵向裂纹，该裂纹从多个方向逐渐向陶瓷内部延伸，最终导致次表面损伤。(2)氮化硅陶瓷表面的残余压应力随着砂轮转速的增加、磨削深度和进给速度的减小而增大。平行于磨削方向的残余压应力大于垂直于磨削方向的残余压应力。(3)砂轮转速和磨削深度的增加、进给速率增大时，磨削温度有升高的趋势。在磨削温度从300℃上升到1100℃过程中，表面残余压应力先增大后减小；裂纹扩展深度先减小后增加。在温度约为600℃时，表面残余压应力最大，裂纹扩展深度最小。适当的磨削温度可以提高氮化硅陶瓷的表面残余压应力并抑制裂纹扩展。(4)氮化硅陶瓷表面残余压应力随裂纹扩展深度和表面脆性剥落程度的增加而减小。裂纹扩展位置的残余应力为残余拉应力。它随着裂纹扩展深度的增加而增加。此外，残余应力沿进入表面的距离在压缩和拉伸之间交替分布，在一定深度处这种情况消失。(5)通过调整磨削参数、控制合适的磨削温度，可以提高氮化硅陶瓷磨削表面质量。 以上研究结果为获得高质量氮化硅陶瓷的表面加工提供了强有力的数据支撑。关于Huli Niu等人的该项研究工作，更多的内容可参考文献[1]。 Figure 1. Grinding experiment and measuring equipment: (a) Experimental principle and processing (b) SEM (c) Residual stress analyzer.Figure 6. Surface residual stress under different grinding parameters: (a) Wheel speed (b) Grinding depth (c) Feed rate.上述图片内容均引自文献[1]. 作者在该项研究工作中所使用的残余应力检测设备为日本Pulstec公司推出的小而轻的便携式X射线残余应力分析仪-μ-X360s。该设备采用了圆形全二维面探测器技术，并基于cosα残余应力分析方法可基于多达500个衍射峰进行残余应力拟合，具有探测器技术先进、测试精度高、体积迷你、重量轻、便携性高等特点，不仅可以在实验室使用，还可以方便携带至非实验室条件下的各种车间现场或户外进行原位的残余应力测量。我们期待该设备能助力更多的国内外用户做出优秀的科研工作！ 小而轻的便携式X射线残余应力分析仪-μ-X360s设备图 参考文献：[1] Yan H, Deng F, Qin Z, Zhu J, Chang H, Niu H, Effects of Grinding Parameters on the Processing Temperature, Crack Propagation and Residual Stressin Silicon Nitride Ceramics. Micromachines. 2023 14(3):666. https://doi.org/10.3390/mi14030666

p & nbsp & nbsp 中国科技大学曾杰教授课题组，对钴基催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究取得重要进展。他们将氮原子引入到钴催化剂中，构筑出氮化钴催化剂，通过原位机理研究发现，钴氮氢是该催化过程中真正的活性物相，是它大幅提高了催化效率。该研究成果近日在线发表在《自然—能源》杂志上。 br/ /p p 　　开发可再生能源、提高能源利用效率是当今世界的重大课题。二氧化碳加氢反应是低碳化学中的重要反应，一方面可以合成化工原料，缓解二氧化碳排放压力，实现碳能源的循环利用 另一方面可以合成甲醇，实现氢资源的储存和利用。 /p p 　　由于二氧化碳的化学惰性，二氧化碳加氢反应需要在高温高压条件下实现，转化工艺中存在能耗过大的问题。在过去几十年里，人们开发出一系列不同策略以提高非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性。但迄今为止，对非贵金属催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究仍处于起步阶段。 /p p 　　曾杰课题组将氮原子引入到钴催化剂中，形成氮化钴催化剂。在二氧化碳加氢催化中，氮化钴催化剂在32个大气压和150摄氏度的条件下，转换频率为同等条件下钴催化剂的64倍。进一步研究表明，在氢气氛围下，氮化钴催化剂上的氮原子会吸附结合氢原子形成钴氮氢这样一种特殊的物相。钴氮氢中的氨基氢原子直接加到二氧化碳分子上，形成甲酸根物种作为中间产物，从而大幅提升二氧化碳加氢反应的活性。 /p p 　　该研究为优化非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性提供了一种简单有效的方式，为今后寻找更廉价、高效的二氧化碳加氢催化剂提供了新思路，对解决能源和环境问题具有积极意义。 /p p br/ /p

国家“十四五”研发计划已明确将大力支持第三代半导体产业的发展，氮化镓等第三代半导体材料也是支持新基建的核心材料，呈现巨大的潜在市场。目前氮化镓的应用市场分布于LED照明、激光器与探测器方向、5G射频和功率器件等。与国外领先企业相比，国内企业在技术积累上有着较大的差距，但国内企业之间的差距并不明显。通过调研国内18家氮化镓头部企业的研发投入，希望帮助行业人士通过本文了解目前氮化镓上市企业的研发费用情况。综合来看，氮化镓相关企业每年的研发费用最低在千万级，最高高达近30亿元；研发投入相对于营业收入占比，最低在3%以上，最高高达近26%。2020年国内氮化镓相关上市企业研发投入企业名称研发费用/元（单位：RMB）闻泰科技28.02亿三安光电9.3亿安克创新5.68亿华润微5.67亿士兰微4.86亿和而泰2.53亿赛微电子1.96亿华灿光电1.53亿亚光科技1.47亿奥海科技1.44亿易事特1.36亿国星光电1.34亿扬杰科技1.32亿乾照光电9086万捷捷微电7439万京泉华6505万聚灿光电6133万台基股份1283万各家企业简介及2020年研发投入情况如下：1.闻泰科技闻泰科技全资子公司安世半导体是全球知名的半导体IDM公司，总部位于荷兰奈梅亨，产品组合包括二极管、双极性晶体管、模拟和逻辑IC、ESD保护器件、MOSFET器件以及氮化镓场效应晶体管(GaN FET)。在与国际半导体巨头的竞争中，安世在各个细分领域均处于全球领先，其中二极管和晶体管出货量全球第一、逻辑芯片全球第二、ESD保护器件全球第一、功率器件全球第九。安世半导体第三代半导体氮化镓功率器件(GaN FET)广泛应用于电动汽车、数据中心、电信设备、工业自动化和高端电源，特别是在插电式混合动力汽车或纯电动汽车中。目前650V氮化镓（GaN）技术已经通过车规级测试。 2020年闻泰科技研发投入约28.02亿，研发投入总额占营业收入的5.42%。 2.三安光电三安光电主要从事化合物半导体材料与器件的研发与应用，以砷化物、氮化物、磷化物及碳化硅等化合物半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业。其中所生产的GaN光电器件——LED、光伏电池应用于照明、显示、背光、农业、医疗、光伏发电等领域；GaN微波射频器件——功率放大器、滤波器、低噪声放大器、射频开关器、混频器、振荡器、单片微波集成电路等应用于移动通信设备和基站、WiFi/蓝牙模组、卫星通信、CATV等；GaN电子电力器件——肖特基势垒二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、氮化镓场效应晶体管等应用于消费电源快速充电器、家用电器、新能源汽车、不间断电源、光伏/风能电站、智能电网、高速铁路等领域。2020年三安光电研发投入约9.3亿，研发投入总额占营业收入的11%。3.安克创新安克创新主要从事自有品牌的移动设备配件、智能硬件等消费电子产品的自主研发、设计和销售，是全球消费电子行业知名品牌商，产品主要有充电类、无线音频类、智能创新类三大系列。基于持续和巨大的研发投入，公司在各个产品领域形成了丰富且深入的技术积累，如将GaN（氮化镓半导体材料）材料应用在移动电源等相关产品中，在较大程度提高移动电源充电效率的同时降低了产品体积。2020年安克创新研发投入约5.68亿元，研发投入总额占营业收入的6.07%。4.华润微电子华润微电子是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业，产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域，目前公司主营业务可分为产品与方案、制造与服务两大业务板块。公司产品与方案业务板块聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域。公司制造与服务业务主要提供半导体开放式晶圆制造、封装测试等服务。此外，公司还提供掩模制造服务。目前在研项目“硅基氮化镓功率器件设计及工艺技术研发”预计总投资规模约2.44亿元，目标完成650V硅基氮化镓器件的研发，建立相应的材料生产、产品设计、晶圆制作和封装测试能力，并应用于智能手机充电器、电动汽车充电器、电脑适配器等领域，达到领先水平。至2020年，该项目累计投入金额约3746亿元，目前自主开发的第一代650V硅基氮化镓Cascode器件静态参数达到国外对标样品水平，产出工程样品，可靠性考核通过。2020年华润微电子研发投入约5.67亿元，研发投入总额占营业收入的8.11%。5.士兰微电子士兰微电子主要产品包括集成电路、半导体分立器件、LED（发光二极管）产品等三大类。经过二十多年的发展，公司已经从一家纯芯片设计公司发展成为目前国内为数不多的以IDM模式（设计与制造一体化）为主要发展模式的综合型半导体产品公司。公司属于半导体行业,公司被国家发展和改革委员会、工业和信息化部等国家部委认定为“国家规划布局内重点软件和集成电路设计企业”，陆续承担了国家科技重大专项“01专项”和“02专项”多个科研专项课题。2020年，公司的硅上GaN化合物功率半导体器件在持续研发中,并获“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”专项约1495万元补助。2020年士兰微电子研发投入约4.86亿元，研发投入总额占营业收入的11.34%。 6.和而泰深圳和而泰子公司铖昌科技主营业务为微波毫米波射频芯片的设计研发、生产和销售。铖昌科技在芯片行业拥有核心技术的自主研发能力，公司产品质量达到了服务于航天、航空的水准。铖昌科技主要产品包括GaN功率放大器芯片、低噪声放大器芯片模拟波束赋形芯片、数控移相器芯片、数控衰减器芯片等，产品应用于我国卫星遥感、卫星导航和通信等领域。2020年深圳和而泰研发投入约2.53亿元，研发投入总额占营业收入的5.41%。7.赛微电子赛微电子现有GaN业务包括外延材料和器件设计两个环节，其中GaN外延材料业务是基于自主掌握的工艺诀窍，根据既定技术参数或客户指定参数，通过MOCVD设备生长并对外销售6-8英寸GaN外延材料。2020年赛微电子研发投入约1.96亿元，研发投入总额占营业收入的25.54%。8.华灿光电华灿光电是全球领先的LED芯片及先进半导体解决方案供应商，主要产品为LED芯片、LED外延片、蓝宝石衬底及第三代半导体化合物氮化镓基电力电子器件。华灿光电十五年聚焦氮化镓材料在LED领域的技术研发，并于2020正式进入氮化镓基电力电子器件领域，产品主要面向移动消费电子终端快速充电器、其他电源设备，云计算大数据服务器中心、通信及汽车应用等领域。2020年华灿光电研发投入约1.53亿元，研发投入总额占营业收入的5.78%。9.亚光科技亚光科技集团系由原太阳鸟游艇股份有限公司在收购成都亚光电子股份有限公司基础上改名而来，太阳鸟为国内领先全材质的游艇、商务艇和特种艇系统方案提供商，连续多年公司复合材料船艇产销量行业领先。2017年9月，上市公司太阳鸟以发行股份的方式完成亚光电子97.38%股权的收购，成为国内体量最大的军用微波射频芯片、元器件、组件和微系统上市公司，是我国军用微波集成电路的主要生产定点厂家之一。在核心射频芯片方面，亚光科技大力扩大芯片研发团队规模，形成设计、封装、测试全流程研发生产能力，集中突破砷化镓/氮化镓射频芯片关键技术，在芯片制造领域与国内流片厂深度合作，打造完整的新型半导体射频芯片产业链，在满足自用的基础上，逐渐扩大对外芯片设计、流片、测试和封装的整体芯片设计外包业务；并以5G/6G射频前端芯片和光通讯芯片为突破口，加快民品芯片设计服务拓展。2020年亚光科技研发投入约1.47亿元，研发投入总额占营业收入的8.10%。10.奥海科技奥海科技主要从事充电器等智能终端充储电产品的设计、研发、制造和销售，产品主要应用于智能手机、平板电脑、智能穿戴设备（智能手表等）、智能家居（电视棒/机顶盒、智能插座、路由器、智能摄像头、智能小家电等）、人工智能设备（智能音箱、智能机器人、智能翻译器等）、动力能源、网络能源等领域。在GaN研发项目上，已经布局了30W、45W、65W产品，GaN充电器方面将布局100W、120W充电器。2020年奥海科技研发投入约1.44亿元，研发投入总额占营业收入的4.87%。11.易事特易事特主要从事5G+智慧电源（5G供电、轨道交通供电、智能供配电、特种电源）、智慧城市&大数据（云计算/边缘计算数据中心、IT基础设施）、智慧能源（光伏发电、储能、充电桩、微电网）三大战略板块业务的研发、生产与销售服务，为广大用户提供高端电源装备、数据中心、充电桩、5G供电、储能、轨道交通智能供电系统、光储充一体化系统等产品及能效解决方案。经过三十一年的发展，现已成全球新能源500强和竞争力百强企业，行业首批国家火炬计划重点高新技术企业、国家技术创新示范企业、国家知识产权示范企业。2020年易事特研发投入约1.36亿元，研发投入总额占营业收入的3.26%。12.国星光电国星光电是集研发、设计、生产和销售中高端半导体发光二极管（LED）及其应用产品为一体的国家高新技术企业，主营业务为研发、生产与销售LED器件及组件产品。公司作为国内LED器件封装的龙头企业，涉足电子及LED行业50余年，产品广泛应用于消费类电子产品、家电产品、计算机、通讯、显示及亮化产品、通用照明、车灯、杀菌净化等领域，技术实力领先，产品精益制造，拥有全面的生产和质量管理认证体系。公司主要产品分为器件类产品（包括显示屏用器件产品、白光器件产品、指示器件产品、非视觉器件产品）、组件类产品（包括显示模块与背光源、Mini背光模组）及LED外延片及芯片（包括各种功率及尺寸的外延片、LED芯片产品），业务涵盖LED产业链上、中、下游产品。2020年国星光电研发投入约1.34亿元，研发投入总额占营业收入的4.09%。“硅基AlGaN垂直结构近紫外大功率LED外延、芯片与封装研究及应用”、“晶圆级GaN纳米阵列生长与紫外探测器芯片研制项目”等获得政府补助。13.扬杰科技扬杰科技专业致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等中高端领域的产业发展,主营产品为各类电力电子器件芯片、MOSFET、IGBT及碳化硅SBD、碳化硅JBS、大功率模块、小信号二三极管、功率二极管、整流桥等，产品广泛应用于消费类电子、安防、工控、汽车电子、新能源等诸多领域。“900V耐压GaN基垂直结构功率器件研发及产业化项目”获得政府补助。2020年扬杰科技研发投入约1.32亿元，研发投入总额占营业收入的5.01%。14.乾照光电乾照光电一直从事半导体光电产品的研发、生产和销售业务，主要产品为LED外延片、全色系LED和芯片及砷化镓太阳电池外延片及芯片，为LED产业链上游企业。在氮化镓LED方面，随着南昌生产基地一期的满产，公司全面布局普通照明产品、高压产品、灯丝产品、高光效产品、背光产品、倒装产品、Mini/Micro-LED产品，以及显示屏芯片产品。全新一代的Alioth系列照明产品，采用全新的外延结构设计、芯片结构设计和芯片制程工艺，在产品性能上得到大幅度的提升，凭借较高的性价比，迅速占领市场。2020年厦门乾照光电研发投入约9086万元，研发投入总额占营业收入的6.91%。“通用照明用GaN基材料及LED芯片制造技术改造项目”、“氮化镓基第三代半导体照明用材料及高效白光LED器件产业化项目”等获得政府补助。15.捷捷微电子江苏捷捷微电子是专业从事功率半导体芯片和器件的研发、设计、生产和销售，具备以先进的芯片技术和封装设计、制程及测试为核心竞争力的IDM业务体系为主。公司集功率半导体器件、功率集成电路、新型元件的芯片研发和制造、器件研发和封测、芯片及器件销售和服务为一体的功率（电力）半导体器件制造商和品牌运营商。2021年将加快功率MOSFET、IGBT、碳化硅、氮化镓等新型电力半导体器件的研发和推广，从先进封装、芯片设计等多方面同步切入，快速进入新能源汽车电子（如电机马达和车载电子）、5G核心通信电源模块、智能穿戴、智能监控、光伏、物联网、工业控制和消费类电子等领域。2020年江苏捷捷微电子研发投入约7439万元，研发投入总额占营业收入的7.36%。16.京泉华京泉华专注于电子元器件行业，是一家集磁性元器件、电源类产品的生产及组件灌封、组装技术于一体的解决方案提供者。公司电源产品按照产品特性可分为电源适配器和定制电源两大类，智能电源是定制电源产品系列中的新研发产品。电源具体产品包括：智能电源、氮化镓电源、电源适配器、裸板电源、LED电源、模块电源、医疗电源、工控电源、通信电源、光伏逆变电源、数字电源等多个系列。2020年京泉华研发投入约6505万元，研发投入总额占营业收入的4.95%。17.聚灿光电聚灿光电主要从事化合物光电半导体材料的研发、生产和销售业务，主要产品为GaN基高亮度LED外延片、芯片。与华中科技大学合作承担的“面向高端车用市场的氮化镓基倒装LED芯片研发及其产业化”政府科技项目，通过研发设计芯片版图、开发新工艺，已开发出车用大尺寸倒装芯片，产品性能优异，对占领国产高端芯片市场份额具有重要意义。2020年聚灿光电研发投入约6133万元，研发投入总额占营业收入的4.36%。18.台基股份台基股份专注于功率半导体器件的研发、制造、销售及服务，主要产品为大功率晶闸管、整流管、IGBT、电力半导体模块等功率半导体器件，广泛应用于工业电气控制系统和工业电源设备，包括冶金铸造、电机驱动、电机节能、大功率电源、输变配电、轨道交通、新能源等行业和领域。2020年台基股份研发投入约1283万元，研发投入总额占营业收入的3.30%。结合这18家氮化镓上市企业的研发费用可以看出，近年来国内企业在氮化镓相关领域投入研发资金高达上百亿元，而多数企业在财报中都表明看好未来氮化镓材料在LED照明、激光器与探测器方向、5G射频和功率器件等多个领域的市场前景，纷纷加码布局氮化镓项目。据了解，多家企业不乏获得政府千万级补贴的在研氮化镓项目。这预示着未来几年相关半导体检测仪器市场或将继续快速增长。

闻泰科技11月3日在投资者互动平台表示，安世半导体在行业推出领先性能的第三代半导体氮化镓功率器件 (GaN FET)，目标市场包括电动汽车、数据中心、电信设备、工业自动化和高端电源，特别是在插电式混合动力汽车或纯电动汽车中，氮化镓技术是其使用的牵引逆变器的首选技术。目前公司的650V氮化镓（GaN）技术，已经通过车规级测试。碳化硅（SiC）产品目前已经交付了第一批晶圆和样品。2021年上半年，公司半导体业务研发投入3.93亿元（全年规划9.4亿元），进一步加强了在中高压Mosfet、化合物半导体产品SiC和GaN产品、以及模拟类产品的研发投入。在化合物半导体产品方面，目前氮化镓已推出硅基氮化镓功率器件(GaN FET)，已通过AEQC认证测试并实现量产，碳化硅技术研发也进展顺利，碳化硅二极管产品已经出样。

近日，苏州工业园区管理委员会公示了苏州晶湛半导体有限公司新建氮化镓外延片生产扩建项目环境影响报告书。△Source：苏州工业园区管理委员会网站截图报告显示，苏州晶湛半导体有限公司拟投资2.8亿元进行异地扩建，在苏州工业园区自建厂房和办公楼，进行半导体材料—氮化镓外延片的产业化生产，预计年产氮化镓外延片24万片，其中，6英寸和8英寸氮化镓外延片年产能均为12万片，用于制造微波功率器件和电力电子功率器。△Source：苏州工业园区管理委员会网站截图据悉，该项目于2021年6月4日取得苏州工业园区行政审批局核发的江苏省投资项目备案证，预计2021年11月开工建设，2023年2月完成建筑施工，建设周期约18个月。资料显示，晶湛半导体成立于2012年，主要从事氮化镓电子材料和光电材料的研发。官网资料显示，截至目前，晶湛半导体已完成A+轮融资，用于扩大生产规模，150mm的GaN-on-Si 外延片的月产能达1万片。目前，晶湛半导体已拥有全球超过150家的著名半导体公司、研究院所客户。

近期，中科院宁波材料技术与工程研究所“结构与功能一体化陶瓷”研发团队的刘丽红和黄庆，成功实现低温常压下制备高质量氮化物荧光粉，并在8月份通过材料荧光特性测试。 　　氮化物荧光粉是LED(发光二极管)不可或缺的重要材料体系。据黄庆介绍，该项新技术将微波功率转变为热能，实现整体加热。相较传统气压合成方法的高温(1700℃～2000℃)和高压(1～10个大气压)条件，微波合成法能在常压和1600℃以下实现相同的合成结果。低温合成使荧光粉光学性能大幅提高，工业节能可达80%以上。 　　另外，在相同反应温度下获得的荧光粉量子效率，微波法与传统气压法相比提高1.6倍。在荧光粉产率上，一般气压炉一天只能生产100克左右，而微波法可以达到几十公斤量级。新技术还可实现材料大区域零梯度均匀加热，且升温速度快、合成时间短，有利于获得粒径分布均匀的粉体。

在原子尺寸容积内存储微量气体是科研中一项十分有意义的研究。其中，阻隔材料的选择是影响气体存储的重要因素：该材料必须形成气泡来包覆存储的气体，且必须在端环境下保持稳定，更重要的是材料本身不能与存储气体有任何的化学或者物理的相互作用。近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的王浩敏研究员课题组就这项研究在《自然-通讯》杂志上发表了通过等离子体处理实现六方氮化硼气泡中的氢分离的工作。单层六方氮化硼（h-BN）是一种由硼氮原子相互交错组成的sp2轨道杂化六边形网格二维晶体材料。在所有现已发现的范德瓦尔斯(van der Waals )单原子层二维材料（2D Materials）中，h-BN是的缘体，因此其被认为是纳米电子器件中理想的超薄衬底或缘层材料。此外，h-BN还拥有高的热稳定性及化学稳定性，使得它被广泛研究并应用于超薄抗氧化涂层。研究表明，h-BN在1100 ℃以下都能很好地发挥其稳定的抗氧化功效。图1. 通过等离子体技术从烷中提取氢气到h-BN夹层中形成气泡同石墨烯类似，h-BN的六边形网格在结构不被破坏的情况下可以阻止任何一种气体分子或原子穿透其平面，却对直径远小于原子的质子无能为力。这一有趣的特性使之能够被很好地应用于“选择性薄膜”、“质子交换膜”等能源领域。而在本文报道的研究中， 王浩敏研究员团队则巧妙地利用h-BN这一特性，结合等离子体技术，对碳氢化合物气体（烷、乙炔）、氩氢混合气进行了“氢提取”，并将其稳定地存储在h-BN表面的微纳气泡中（图1）。图2. a: 六方氮化硼光学显微镜照片；b: 六方氮化硼34K与33K温度下的低温原子力显微镜形貌图，当温度34K时存在气泡（图中亮色部分）；c: 六方氮化硼气泡不同温度下的高度，当温度33K时气泡消失低温原子力显微镜的测量结果（图2）证实了被六方氮化硼气泡包覆的气体确实是氢气。文章中，作者使用了一套attoAFM I低温原子力显微镜，显微镜可以在闭循环低温恒温器attoDRY1100（attoDRY2100系列）内被冷却到低的液氦温度。在特定的测量温度下，原子力显微成像结果可以帮助研究者证实在33.2 K ± 3.9 K温度的时候气泡消失，证实了被包覆气体的消失。由于该转变温度与氢气的冷凝温度（33.18K）接近，该实验结果可以证明氢气气体存在与六方氮化硼气泡内。该工作成功地在六方氮化硼内存储了氢气，为未来氢气的存储提供了全新的方法。图3. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器 低温强磁场原子力磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：-温度范围：1.8K ..300 K-磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)-工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM-样品定位范围：5×5×5 mm3-扫描范围: 50×50 mm2@300 K, 30×30 mm2@4 K -商业化探针-可升PFM, ct-AFM, SHPM, CFM，atto3DR等功能 参考文献：Haomin Wang et al, Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment, Nat. Commun., 2019, 10, 2815.

9月23日，由全国生铁及铁合金标准化技术委员会授权河北钢铁集团承钢起草的氮化钒铁系列检化验行业标准顺利通过专家组审定，填补了国内行业相关领域的空白。　　氮化钒铁是一种钢铁材料中微合金化的钒合金添加剂，性能优于钒铁和氮化钒，可广泛应用于高强度螺蚊钢筋、高强度管线钢、高强度型钢等产品生产。　　氮化钒铁中主要元素的检测没有独立的分析标准，承钢技术人员在编制完成《氮化钒铁》国家标准的基础上，对氮化钒铁中钒、氮、氧、碳、硫、硅、锰、磷、铝等成分的检测方法进行深入的攻关、完善，形成了氮化钒铁系列9个检化验行业标准。　　来自冶金工业信息标准研究院、北京钢铁研究总院、中国科学院等8家单位的26名专家，通过审定材料，听取标准起草编制工作汇报，对该标准的科学性、可操作性、知用性和先进性及标准文本结构的严密性、文字的流畅性等内容进行了严格审定，一致同意审定通过。　　据悉，氮化钒铁系列检化验标准的制定，填补了国内行业相关领域的空白，为氮化钒铁的生产及评价产品的性能提供了标准依据，为打击伪劣产品，提升产品质量，推动产业升级和有序发展具有积极的促进作用。

近日，大连化物所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组(DNL1621组)章福祥研究员团队开发了一种低功函金属粉末(Mg、Al、Zr等)辅助氮化的合成新方法，实现了在低温、短时间内高效氮化合成基于d0区金属元素(Ta、Zr、Ti等)的窄带隙金属氮氧化物半导体材料。基于该合成路线，团队有效降低了大部分金属氮氧化物的缺陷密度，并提升了相应材料的光催化性能；此外，采用该氮化路线实现了对SrTiO3和Y2Zr2O7等材料的高浓度氮掺杂，大幅减小其带隙，拓展了氮氧化物半导体光催化材料的开发边界。宽光谱捕光催化材料设计合成是实现太阳能高效光—化学转化基础，其吸收带边越宽则太阳能转化理论效率越高。大连化物所太阳能研究部长期致力于具有较宽可见光利用的新光催化材料开发，先后设计合成了氮氧化物(Adv. Mater.，2019；Adv. Mater.，2021；J. Energy Chem.，2021等)、含氧酸盐(Adv. Energy Mater.，2018)、金属有机框架类(Adv. Mater.，2018；Sci. China Chem.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2022)和金属氮卤化物半导体材料(Angew. Chem.，2023；J.Mater. Chem. A，2023)等20余例不同类型、具有我国自主知识产权的新材料，在光催化分解水制氢方面展现了良好潜力。 　　在团队前期氮氧化物设计合成基础上，为解决传统氮化路线氮化动力学慢、氮化产物缺陷密度高等问题，本工作以低功函金属粉末为辅助氮化剂，将金属粉与金属氧化物前驱体进行简单的机械混合，利用氮化过程中金属粉末向金属氧化物的供电子效应，有效促进了金属—氧键的活化，并降低氮原子取代的能垒，从而大幅提升氮化动力学；该创新路线不仅实现了系列金属氮氧化物在低温、短时间内的高效合成，部分抑制了氮氧化物中缺陷的生成，显著提升了金属氮氧化物基光催化剂水分解性能，而且合成了多个以往传统氮化合成路线无法制备的新材料。该低功函金属辅助增强外源阴离子植入策略有望拓展至含硫、含碳等混合阴离子或非氧阴离子半导体的设计合成和开发。 　　上述工作以“Metallic powder promotes nitridation kinetics for facile synthesis of (oxy)nitride photocatalysts”为题，于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作的共同第一作者为我所DNL1621组毕业生鲍云锋博士、博士研究生邹海、博士后杜仕文，以上工作得到了国家科技部、国家自然科学基金等项目资助。

11月29日，苏州半导体激光创新研究院与中科院苏州纳米所“氮化镓激光器联合实验室”在苏州长光华芯正式揭牌成立。苏州半导体激光创新研究院负责人、长光华芯董事长闵大勇，与中科院苏州纳米所党委书记邓强、技术转移中心主任冀晓燕等参加揭牌仪式并交流座谈。氮化镓是第三代半导体中具有代表性的材料体系，氮化镓蓝绿光激光器未来在激光显示、有色金属加工等诸多领域都有巨大的应用优势以及不可替代的作用。“基于氮化镓的蓝绿光激光器，是第三代半导体光电器件中最具技术难度和产业高度的关键产品。”闵大勇介绍说，长光华芯正处于上市后的快速发展阶段，建设“氮化镓激光器联合实验室”是研究院围绕核心的半导体激光器领域所做的一个重要的横向业务扩展，将长光华芯核心的半导体激光器从短波红外和近红外领域拓展到可见光领域。中科院苏州纳米所党委书记邓强表示，要发展半导体及光电子，既需要研发能力，也需要区域聚集。“长光华芯拥有良好的科研平台，对市场需求也有敏锐的嗅觉，是科研项目产业化的典型。希望通过建立联合实验室，双方强化前端的技术科研能力、后端技术、工艺、质量水平，通过市场需求引导定向技术研究，突破前端技术，提升产品水平，促进市场牵引和成果转化，打造最强的创新联合体。”苏州高新区管委会副主任、虎丘区副区长吴旭翔表示，当前，苏州高新区正全力建设世界级光子创新中心，打造千亿级光子产业创新集群。此次上市企业与研究所联手，共同攻克前沿技术难题，将有力推动“东纳米”和“西光子”在高端创新资源的强强联合，打造“太湖光子中心”建设范例。据悉，“氮化镓激光器联合实验室”将以氮化镓激光器的前沿物理基础和技术研究为牵引，整合纳米所学科力量，攻坚克难，共同凝练并合作开展相关方向的导向性研究，率先填补国内在氮化镓的蓝绿光激光器等第三代半导体光电器件领域的空白，全力构建中国激光产业链的完整性、领先性。

美国科学家开发出一种新型氮化铝传感器，并证实其可以在高达900℃的高温下工作。相关研究被最新一期《先进功能材料》杂志选为封面文章。 新型压电传感器能在极端环境下工作。图片来源：休斯顿大学官网航空航天、能源、运输和国防等关键行业需要能在极端环境下工作的传感器，以测量和监测多种因素，确保人身安全和机械系统的完整性。例如，在石油化工行业，传感器必须能在从沙漠高温到近北极寒冷的气候条件下监测管道压力；各种核反应堆在300℃—1000℃的温度范围内运行；而深层地热井的温度高达600℃。休斯顿大学研究团队之前开发出了III-N压电传感器，该传感器由单晶氮化镓薄膜制成，但在温度高于350℃时，其灵敏度会降低。灵敏度的下降是由于带隙（激发电子并提供导电性所需的最小能量）不够宽。为此他们研制出一种氮化铝传感器，并证明其能在1000℃左右的高温下工作，这是压电传感器中最高的工作温度。该新型传感器除了能在高温下工作外，还具有很好的柔韧性，未来可用于研制可穿戴传感器，在个人医疗和精确传感软体机器人领域大显身手。研究团队表示，虽然氮化铝和氮化镓都具有独特而优异的性能，适用于研制能在极端环境下工作的传感器，但氮化铝提供了更宽的带隙和更高的温度范围。他们计划在现实世界的恶劣条件下进一步测试新传感器的性能，如在核电站测试其在高压下的工作潜力。

二维 (2D) 材料，特别是石墨烯和氮化物的异质集成，为半导体器件提供了新的机遇，在制备柔性可穿戴设备，以及可转移电子和光子器件领域有广泛的应用前景。由于石墨烯表面自由能低，氮化物在石墨烯表面不易成核，采用等离子体预处理或者生长缓冲层的方法难以获得高质量的单晶氮化物。最近，一种新的外延技术——远程外延有望解决这一难题。该技术是利用石墨烯的“晶格透明性”，衬底和外延层产生远程的静电相互作用，通过这种相互作用，外延层透过石墨烯可以“复制”衬底的晶格信息，从而保证外延层的晶格取向一致性。然而，关于氮化物远程外延的生长机制和界面作用关系的相关报道还较少。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Long-Range Orbital Hybridization in Remote Epitaxy: The Nucleation Mechanism of GaN on Different Substrates via Single-Layer Graphene”的文章。文章第一作者为博士研究生屈艺谱，合作者为徐俞副研究员、徐科研究员以及苏州大学曹冰教授。该团队采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在两种覆盖单层石墨烯（SLG）的极性衬底（Al2O3和AlN）上实现了氮化镓成核层（GaN NLs）的远程外延。研究发现，衬底极性对石墨烯上GaN的成核密度，表面覆盖率和扩散常数起着关键作用。考虑到表面覆盖和衬底污染引起的成核信息差异，通过缩放的成核密度校正了这种误差，得到了衬底极性和GaN成核密度的对应关系。结晶特性分析表明，衬底和外延层的界面外延关系不受单层石墨烯的影响，与传统外延的取向关系一致。为了揭示成核信息差异背后的物理机理，通过理论计算作者发现衬底增强了单层石墨烯上的Ga和N原子的吸附能，且极性较强的AlN相比Al2O3的吸附能更大，AlN和吸附原子Ga之间存在更高的差分电荷密度(CDD)。进一步通过分波态密度(PDOS)分析发现，尽管吸附原子Ga和衬底相距4-5Å，Al2O3和AlN中Al-3p和Ga-4p轨道在费米能级附近仍存在轨道杂化。作者认为在远程外延中，单层石墨烯的存在不影响衬底和吸附原子之间的化学相互作用，这种远程轨道杂化效应正是在极性衬底上远程外延GaN NLs的本质。通过导电胶带可以轻松剥离GaN NLs，而且剥离后的衬底表面没有机械损伤，有望发展一种高质量衬底的低成本制备技术。图1. SLG/Al2O3和SLG/AlN两种衬底的GaN NLs的SEM图，不同的量化指标分析了成核信息的差异 图2. GaN/SLG/Al2O3和GaN/SLG/AlN两种体系表面形貌的SEM图，面外和面内取向关系的XRD图 图3. GaN/SLG/Al2O3和GaN/SLG/AlN两种体系的界面微观特性的HR-TEM图图4. 吸附原子Ga和N在SLG、SLG/Al2O3和SLG/AlN三种体系上的吸附能，Ga在三种体系上的CDD和PDOS图5. 使用导电胶带剥离GaN NLs，剥离后GaN背部和衬底表面的石墨烯拉曼信号图综上，该研究工作讨论了在石墨烯调控的氮化镓远程外延机理，创新性的提出了远程轨道杂化的概念，充分探讨了GaN和衬底之间的界面关系和界面耦合特性，揭示了远程外延的物理和化学机理，为快速、大面积制备单晶GaN薄膜拓宽了思路。这项工作得到了国家自然科学基金国家重点项目（No. 61734008，No. 62174173）的资助。

近期，中科院合肥研究院固体所环境材料与污染控制研究部孔令涛研究员团队提出了一种在氮化碳纳米片上锚定单原子的预组装策略，制备出系列单原子负载氮化碳类芬顿催化剂并用于水中四环素污染物的降解，将催化活性提升了1-2个数量级。相关研究成果发表在Separation and Purification Technology 上。 　　类芬顿是一种以自由基为主要活性物种的反应，H2O2和PMS(过硫酸盐)是两种常用的类芬顿氧化剂，由于两者产生的自由基的半衰期短，利用效率低，因此可通过缩短自由基向污染物分子的迁移距离提高催化效率。目前，单原子材料已被证明对氧化剂具有较好的活化作用。氮化碳是一种二维富氮材料，其具有纳米片结构、可调节的比表面和较高的稳定性，是一种很好的单原子催化剂支撑材料；同时，其丰富的氮元素可以为金属离子的嵌入提供理想位点，形成独特的配位结构和电子构型。因此，将金属原子固定在氮化碳纳米片上，可将自由基限制在污染物附近，从而有效提高类芬顿催化效率。 　　鉴于此，研究人员提出了一种具有广谱通用的热解配位聚合预组装策略，将单原子(如Cu、Fe、Co、Mn等)锚定在氮化碳纳米片上，并证明了它们在类芬顿催化中的通用性。作为概念性验证，研究选择单原子铜催化剂(SA-Cu-CN)作为四环素(TC)降解和机理阐述的模型材料。SA-Cu-CN的类芬顿催化活性相比于研究中使用的其他材料提高了1-2个数量级。EPR分析和淬灭实验表明该催化体系中？OH和SO4？-的生成对降解TC起着至关重要的作用。结合超高液相色谱-质谱分析与DFT理论计算，对TC的降解路径及产物毒性进行了分析鉴定，SA-Cu-CN类芬顿催化剂显示出对有机污染物的深度处理能力。此外，通过相同的制备方法合成了SA-Fe-CN、SA-Co-CN和SA-Mn-CN等系列单原子催化剂，均表现出较好的类芬顿催化活性。该研究对发展类芬顿催化剂及其在水处理领域的应用具有十分重要意义。 　　上述工作得到了国家重点研究开发计划、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金及合肥研究院院长基金等项目的资助。图1. CN和SA-Cu-CN的形貌和结构表征。图2. SA-Cu-CN的类芬顿催化性能探究。图3. 四环素降解的路径分析以及其产物的鉴定和毒性评估。

安捷伦科技公司重新设计了硫和氮化学发光检测器 2015 年 10 月 1 日，北京 — 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）今日宣布推出其行业领先的硫和氮化学发光检测器的全新设计版本。 炼油厂、石油化工生产商以及食品和饮料公司均依赖于精确的硫和氮检测以满足污染和产品质量领域日趋严格的全球法规要求。 新型 Agilent 8355 硫化学发光检测器和 8255 氮化学发光检测器是能够全面集成气相色谱仪、检测器和软件的唯一一款解决方案，可实现快速可靠的低浓度分析。 安捷伦副总裁兼气相分离事业部总经理 Shanya Kane 表示：“随着硫和氮检测对于上游和下游活动的重要性日益凸显，我们深入研究了自己的金标产品并对其进行了重新设计，使其性能得到了显著提升。 我们的新型硫和氮检测器将能够满足当今时间紧迫且亟需获得准确结果的实验室的要求。” 重新设计的检测器具有出色的灵敏度与特异性，且由于采用减少了 50% 组件的简化燃烧头设计而更易于维护。 过去需要花费一小时的最常见维护程序如今仅需 10 分钟即可完成。 这款新型检测器可以与 Agilent 7890B 气相色谱仪完全集成。 它们还可作为独立单元提供，可与任意品牌气相色谱仪连接。 Agilent 8355 和 8255 标志着硫和氮化学发光检测技术的一次重大改进，使这项技术更加可靠且更易于使用。 关于安捷伦科技公司 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）是生命科学、诊断和应用化学市场领域的全球领导者，是致力打造美好世界的顶级实验室合作伙伴。 安捷伦与全球 100 多个国家的客户进行合作，提供仪器、软件、服务和消耗品，产品可覆盖到整个实验室工作流程。 在 2014 财年，安捷伦的净收入为 40 亿美元，全球员工数约为 12000 人。 今年是安捷伦进军分析仪器领域的 50 周年纪念。 如需了解安捷伦科技公司的详细信息，请访问 www.agilent.com。 编者注： 更多有关安捷伦科技公司的技术、企业社会责任和行政新闻，请访问安捷伦公司新闻网站：www.agilent.com/go/news。

六方氮化硼(hBN)是一种具有与石墨烯类似的六角网状晶格结构的宽禁带半导体，其大带隙和绝缘性质使其成为极佳的介质衬底材料，同时也限制了其在电子学和光电子学器件中更广泛的应用。与hBN片层不同，hBN纳米带(BNNR)可以通过引入空间和静电势的约束表现出可变的带隙。计算预测，横向电场可以使BNNRs带隙变窄，甚至导致其出现绝缘体-金属转变。然而，如何通过实验在BNNR上引入较高的横向电场仍然具有挑战性。 　　针对上述问题，近日中国科学院上海微系统与信息技术研究所王浩敏研究员课题组与南京航空航天大学张助华教授团队、中国科学院上海技术物理研究所胡伟达研究员团队联合开展研究。联合研究团队对水吸附锯齿型BNNR (zBNNR)的带隙调制进行了系统的研究。计算结果表明，吸附在zBNNR两侧的水产生了超过2 V/nm的横向等效电场，从而缩小zBNNR的带隙。通过边缘吸附水分子，研究团队首次测量了zBNNR器件的栅极调制输运和其对红外光谱的光电响应，这有利于基于hBN的光电性质的同质集成。这项研究为实现基于六方氮化硼的电子/光电子器件和电路提供了新的思路。 　　相关成果近日以“Water induced bandgap engineering in nanoribbons of hexagonal boron nitride”为题在线发表在期刊Advanced Materials (https://doi.org/10.1002/adma.202303198)上。 　　中国科学院上海微系统所陈晨博士，王慧山博士与南京航空航天大学的杭阳博士为该文章的第一作者，王浩敏研究员、张助华教授和胡伟达研究员为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、中国科学院先导B类计划、国家重点研发计划、上海市科委基金与博新计划等项目资助。图1. (a) 在hBN表面上，Zn纳米粒子蚀刻出两个平行沟槽之间的zBNNR；(b) 不同宽度BNNR的原子力显微镜(AFM)高度图像。比例尺为50 nm；(c)水分子以六方冰形式吸附在zBNNR两侧边缘的结构示意图，由此诱导产生了横向电场。图2.(a)8 nm宽的zBNNR器件在300 K下，Vds从10 V到50 V，背栅电压Vg从-65 V到65 V下的输运曲线，开/关比超过103；(b) 不同宽度zBNNR的输运曲线；(c) 器件的场效应和光电流开/关比与zBNNR宽度的关系；(d) 在功率为35 mW的1060 nm激光照射下，两个zBNNR器件中随时间变化的光电流。它们的宽度分别为33 nm和8.5 nm。

在中美技术竞争加剧的背景下，中国香港正建立首条新一代半导体材料氮化镓（GaN）晶圆生产线，力争在全球芯片行业站稳脚跟。MassPhoton创始人兼CEO Eason Liao表示，该公司于2024年1月在香港成立，正与政府资助的香港科技园（HKSTP）合作建立一条8英寸GaN外延晶圆试点生产线，目标是到2027年实现年产能10000片。香港科技园孵化器在一份声明中表示，MassPhoton专门生产紫外线C消毒产品，将投资2亿港元（2560万美元）新建晶圆生产线，并在科学园设立GaN技术研发中心。GaN和碳化硅（SiC）是第三代半导体材料，与传统的硅基半导体相比，具有能源效率更高、体积更小等优势。计划中的GaN生产线正值香港着眼于全球半导体供应链的份额，这是香港在地缘政治紧张局势加剧的情况下努力成为创新和技术中心的一部分。去年10月，香港科技园还与中国大陆芯片公司杰平方半导体（J2 Semiconductor）签署了一份谅解备忘录，目标是建立香港首个SiC 8英寸晶圆厂和新的第三代半导体研发中心。杰平方半导体承诺为该项目投资69亿港元，并计划到2028年实现年产24万片晶圆的产能。创新科技及工业局局长孙东于7月30日在第三代半导体氮化镓外延片中试生产线启动仪式上致辞。香港创新科技及工业局局长孙东当时表示，香港选择专注于第三代半导体的原因之一是，用于制造第三代半导体的设备限制较少，因此相对容易获得关键设备。美国的出口限制切断了中国大陆获得一些最先进芯片制造设备的渠道。MassPhoton CEO Eason Liao表示：“我们对第三代半导体供应链的一致性充满信心。”他补充说，许多中国大陆SiC公司已经在全球处于行业领先地位。Eason Liao表示，MassPhoton的目标是将其GaN晶圆应用于显示技术、汽车和数据中心等领域。他还表示，该公司还计划在今年底前再筹集1亿港元资金。香港立法会于今年5月批准为政府拨款28.4亿港元，用于建立半导体研究中心。香港科技园表示，计划在元朗创新园设立的微电子中心预计将于今年投入运营。

2021年9月23日，由芜湖市人民政府和SEMI中国共同主办的“化合物半导体制造技术论坛”在安徽省芜湖市成功举办，晶湛半导体应邀出席并发表题为“用于新型GaN功率器件的外延技术进展”的主旨演讲。在演讲中，晶湛半导体成功展示了一系列用于200V、650V和1200V功率半导体器件的高质量300mm GaN-on-Si HEMT外延片，并且具有优异的厚度均匀性和低晶圆翘曲，这为使用更复杂精密的300mm CMOS兼容工艺线进行氮化镓芯片制备铺平了道路。大尺寸Si衬底上GaN外延技术的突破，将GaN的卓越特性和CMOS兼容加工线的生产优势结合在一起，使GaN-on-Si功率器件具有优异的性能和可靠性。如今，基于GaN-on-Si HEMT技术平台的商用GaN功率器件已获得巨大的发展机遇，，GaN功率器件正在加速进入消费电子、工业电子、数据中心、能源、汽车和交通等广阔的功率芯片应用领域。在进一步降低芯片成本和进行复杂电路设计和集成的驱动下，更大的晶圆尺寸已经成为行业的发展方向。继2014年成功推出商用200mm GaN-on-Si HV HEMT外延片后，晶湛半导体已成功将其AlGaN/GaN HEMT外延工艺转移到300mm Si衬底上，同时保持了优异的厚度均匀性和50µm以内的低晶圆翘曲。垂直电压击穿测量表明，300mm尺寸的晶圆同样适合于200V、650V和1200V功率器件应用（图1）。图1：晶湛半导体300mm GaN-on-Si HEMT外延片系列（200V，650V，1200V击穿电压应用）厚度均匀性分布图和垂直击穿电压分布图（漏电流=1µA/mm2 @ RT）为解决GaN外延中的晶圆开裂/弯曲和高晶体缺陷等关键问题，晶湛半导体此次发布的300mm GaN-on-Si HEMT结构外延片采用了如图2（a）所示的外延结构。外延生长从AlN形核层开始，然后是应力弛豫缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和GaN帽层。如图2（b）所示，窄的XRD AlN（002）峰和良好的半高宽均匀性表明整个300mm晶圆的晶体质量较高。 图2：（a）晶湛半导体300mm GaN-on-Si HEMT外延结构示意图(b)AlN成核层XRD(002) FWHM分布图， Avg=743arcsec（Std=2%） 图3展示了从晶圆中心到晶圆边缘的9个位置处测得的AlGaN势垒层中的铝成分含量及2DEG载流子浓度。测量结果显示AlGaN势垒中铝成分的平均值为19.9%，标准差为0.68%（图3a），表明300mm晶圆具有均匀的2DEG电学特性。CV测试同样证实了这一点，测试结果显示平均电子浓度为7.2E12 cm^-2，标准偏差2%（图3b）。图3：晶湛半导体300mm AlGaN/GaN HEMT外延片中势垒层Al组分含量分布和2DEG浓度分布　晶湛半导体创始人兼CEO，程凯博士评论道：“基于我们优化的AlN成核层技术，我们能够在高达300mm的大尺寸硅衬底上生长无裂纹的GaN HEMT外延片，并且满足相应的漏电流要求。尽管在300mm大晶圆尺寸下，外延工艺、应力管理和缺陷控制方面都存在巨大挑战，我们仍在AlGaN/GaN HEMT外延片中实现了优异的结构质量和电性能。这必将鼓励大功率集成电路的发展，推动片上系统（SoC）的集成并进一步降低GaN功率器件的成本。

p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 聚灿光11月2日晚间公告，子公司聚灿光电科技(宿迁)有限公司与中科院半导体研究所就建立“新型氮化物智慧光电联合实验室”达成合作协议。 /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-align: center " img src=" http://s.laoyaoba.com/jwImg/news/2020/11/03/16043727868213.png" style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) border: 0px vertical-align: middle max-width: 100% " / /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 双方联合研究面向光通信领域的氮化物光电及集成技术，开发高性能高光功率氮化物发光及探测器件；以实验室为基地，共同开展前沿基础性科研工作和人才培养，推动双方在技术及人才方面的全面提升。联合实验室的合作有效期为3年。 /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 公告还提出，双方将建设国内一流、国际先进的新型氮化物智慧光电联合实验室，使之成为一个合作紧密、管理科学、互利共赢、创新发展的产学研联合创新平台。培养一支高质量的研发技术团队，为双方未来基于氮化物光电的新一代信息技术及相关应用领域的深入发展提供服务。 /p

● 凭借这一突破性的300 mm GaN技术，英飞凌将推动GaN市场快速增长● 利用现有的大规模300 mm硅制造设施，英飞凌将最大化GaN生产的资本效率● 300 mm GaN的成本将逐渐与硅的成本持平 英飞凌科技股份公司今天宣布，已成功开发出全球首项300 mm氮化镓（GaN）功率半导体晶圆技术。英飞凌是全球首家在现有且可扩展的大规模生产环境中掌握这一突破性技术的企业。这项突破将极大地推动GaN功率半导体市场的发展。相较于 200 mm晶圆，300 mm晶圆芯片生产不仅在技术上更先进，也因为晶圆直径的扩大，每片晶圆上的芯片数量增加了 2.3 倍，效率也显著提高。 300 mm氮化镓（GaN）功率半导体晶圆基于GaN的功率半导体正在工业、汽车、消费、计算和通信应用中快速普及，包括AI系统电源、太阳能逆变器、充电器和适配器以及电机控制系统等。先进的GaN制造工艺能够提高器件性能，为终端客户的应用带来诸多好处，包括更高的效率、更小的尺寸、更轻的重量和更低的总成本。此外，凭借可扩展性，300 mm制造工艺在客户供应方面具有极高的稳定性。 Jochen Hanebeck英飞凌科技首席执行官 这项重大成功是英飞凌的创新实力和全球团队努力工作的结果，进一步展现了我们在GaN和功率系统领域创新领导者的地位。这一技术突破将推动行业变革，使我们能够充分挖掘GaN的潜力。在收购GaN Systems近一年后，我们再次展现了在快速增长的GaN市场成为领导者的决心。作为功率系统领域的领导者，英飞凌掌握了全部三种相关材料，即：硅、碳化硅和氮化镓。 英飞凌科技首席执行官Jochen Hanebeck英飞凌已在其位于奥地利菲拉赫（Villach）的功率半导体晶圆厂中，利用现有300 mm硅生产设备的整合试产线，成功地生产出300 mm GaN晶圆。英飞凌正通过现有的300 mm硅和200 mm GaN的成熟产能发挥其优势，同时还将根据市场需求进一步扩大GaN产能。凭借300 mm GaN制程技术，英飞凌将推动GaN市场的不断增长。据估计，到2030年末，GaN市场规模将达到数十亿美元。 英飞凌位于奥地利菲拉赫（Villach）的功率半导体晶圆厂这一开创性的技术成就彰显了英飞凌在全球功率系统和物联网半导体领域的领导者地位。英飞凌正通过布局300 mm GaN技术，打造更具成本效益价值、能够满足客户系统全方位需求的产品，以加强现有解决方案并使新的解决方案和应用领域成为可能。2024年11月，英飞凌将在慕尼黑电子展（electronica）上向公众展示首批300 mm GaN晶圆。由于GaN和硅的制造工艺十分相似，因此300 mm GaN技术的一大优势是可以利用现有的 300 mm硅制造设备。英飞凌现有的大批量300 mm硅生产线非常适合试产可靠的GaN技术，既加快了实现的速度，又能够有效利用资本。300 mm GaN的全规模化生产将有助于实现GaN与硅的成本在同一RDS(on) 级别能够接近，这意味着同级的硅和GaN产品的成本将能够持平。300 mm GaN是英飞凌战略创新领导地位的又一里程碑，将助推英飞凌低碳化和数字化使命的达成。 内容转自：英飞凌官微，本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理。谢谢！联系我们 -欢迎前来咨询 竭诚为您服务-上海市高新技术企业上海市专精特新企业完善的半导体领域微纳米实验室测试方案集成商