二维半导体

极化子是半导体或绝缘体中的一种基本物理现象，是由材料体内的额外电荷(电子或空穴)在电声耦合作用下被束缚在局域晶格畸变处而构成的复合准粒子，对材料的输运特性、表面催化、磁性甚至超导性表现出重要影响。在原子尺度下对极化子的表征和操纵有助于了解极化子的基本物理机制，乃至材料的基本物理特性。然而，自极化子概念提出以来，研究发现具有极化子的材料体系中，额外电荷往往来自于晶格缺陷如空位、掺杂或吸附原子等，因而极化子在实空间中被束缚在缺陷附近，若要实现对极化子的人工操纵就需要克服晶格缺陷的影响，这阻碍了对极化子本征特性的观测和操控。 　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面国家重点实验室SF09组研究员吴克辉和陈岚长期关注表面低维体系的生长制备和新奇物性表征及操控，特别是在单原子和分子尺度下对表面局域结构特征(表面缺陷或吸附分子等)操纵方向。近日，该团队与中国科学技术大学教授赵瑾课题组合作，在二维半导体中本征极化子表征与操纵方面取得了突破，基于扫描隧道显微镜(STM)技术直接在二维材料的完整晶格中实现了高度可逆的单个本征极化子操纵。 　　物理所利用分子束外延技术在高定向热解石墨(HOPG)表面制备获得了高质量大面积的单层二维半导体薄膜CoCl2。利用STM针尖的隧穿电子注入原理，研究在完整的原子晶格任意位点处构造出与晶格缺陷无关的两种本征极化子，并实现对单个极化子的可逆写入、擦除、转换和横向迁移等一系列操纵过程。中国科大从第一性原理计算出发进一步在能量上佐证了该体系中两种不同空间构型的本征极化子稳定性，并证实了及其转变和迁移过程的可行性。 　　该工作首次在二维材料体系中发现了与晶体缺陷无关的本征极化子，解释了其形成机制，并实现了对单个本征极化子的原子尺度操纵。该体系为本征极化子的特性研究提供了极佳的平台，更在微纳信息存储领域表现出潜在的应用价值。相关研究成果发表在《自然-通讯》【Nature Communications 14, 3690 (2023)】。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持。

7月4日，《科学通报》以《模块化局域元素供应技术批量制备12英寸过渡金属硫族化合物》为题，在线发表了松山湖材料实验室/北京大学教授刘开辉、中国科学院院士王恩哥团队，松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所研究员张广宇团队及合作者最新研究成果。该研究提出模块化局域元素供应生长技术，成功实现了半导体性二维过渡金属硫族化合物晶圆批量化高效制备，晶圆尺寸可从2英寸扩展至与现代半导体工艺兼容的12英寸，有望推动二维半导体材料由实验研究向产业应用过渡，为新一代高性能半导体技术发展奠定了材料基础。二维半导体是一种新兴半导体材料，具有优异的物理化学性质，以单层过渡金属硫族化合物为代表。与传统半导体发展路线类似，晶圆材料是推动二维半导体技术迈向产业化的根基。如何实现批量化、大尺寸、低成本制备二维半导体晶圆是亟待解决的科学问题。针对二维半导体晶圆的尺寸放大与批量制备核心科学问题，研究人员提出了一种全新的模块化局域元素供应生长策略，实现了二维半导体最大到12英寸晶圆的批量化制备。为了解决批量化制备的难题，研究人员在单层过渡金属硫族化合物制备过程中，实验设计将所需的多种前驱体与生长衬底以“面对面”模式组装构成单个生长模块。过渡金属元素与硫族元素按精确比例局域供应至生长衬底，实现单层过渡金属硫族化合物晶圆的高质量制备。多个生长模块可通过纵向堆叠组成阵列结构，实现多种尺寸晶圆薄膜的低成本批量化制备。该研究成果为二维半导体晶圆的大尺寸、规模化制备提供了一种全新的技术方案，有望推动二维半导体走向产业应用。值得一提的是，松山湖材料实验室在前沿科学研究和创新样板工厂两大核心板块都布局了二维半导体方向的研究。近3年来，该实验室针对二维半导体晶圆制备和规模化器件构筑取得系列进展，在国际上引起广泛关注。

二维半导体材料，以过渡金属硫族化合物（TMDC）为代表，具有极限厚度、高迁移率和后端异质集成等特点，有望延续摩尔定律并实现三维架构的集成电路，因此受到了学术界和工业界的关注。经过近十年的发展，二维电子学已经取得了巨大进步，但在大面积单晶制备、关键器件工艺、与主流半导体技术兼容性等方面仍存在挑战。南京大学电子科学与工程学院王欣然教授课题组聚焦上述问题，研究突破二维半导体单晶制备和异质集成关键技术，为后摩尔时代集成电路的发展提供了新思路。相关研究成果近期连续发表在Nature Nanotechnology上。脚踏实地构筑“原子梯田”，突破二维半导体单晶外延半导体单晶材料是微电子产业的基石。与主流的12寸单晶硅晶圆相比，二维半导体的制备仍停留在小尺寸和多晶阶段，开发大面积、高质量的单晶薄膜，是迈向二维集成电路的第一步。然而，二维材料的生长过程中，数以百万计的微观晶粒随机生成，只有控制所有晶粒保持严格一致的排列方向，才有可能获得整体的单晶材料。蓝宝石是半导体工业界广泛使用的一种衬底，在规模化生产、低成本和工艺兼容性方面具有突出的优势。合作团队提出了一种方案，通过改变蓝宝石表面原子台阶的方向，人工构筑了原子尺度的“梯田”。利用“原子梯田”的定向诱导成核机制，实现了TMDC的定向生长。基于此原理，团队在国际上首次实现了2英寸MoS2单晶薄膜的外延生长。得益于材料质量的提升，基于MoS2单晶制备的场效应晶体管迁移率高达102.6 cm2/Vs，电流密度达到450 μA/μm，是国际上报道的最高综合性能之一。同时，该技术具有良好的普适性，适用于MoSe2等其他材料的单晶制备，该工作为TMDC在集成电路领域的应用奠定了材料基础。仰望星空，二维半导体为未来显示技术带来光明大面积单晶材料的突破使得二维半导体走向应用成为可能。在第二个工作中，电子学院合作团队基于第三代半导体研究的多年积累，结合最新的二维半导体单晶方案，提出了基于MoS2薄膜晶体管驱动电路、单片集成的超高分辨Micro LED显示技术方案。Micro LED是指以微米量级LED为发光像素单元，将其与驱动模块组装形成高密度显示阵列的技术。与当前主流的LCD、OLED等显示技术相比，Micro LED在亮度、分辨率、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有跨代优势，是国际公认的下一代显示技术。然而，Micro LED的产业化目前仍面临诸多挑战。首先，小尺寸下高密度显示单元的驱动需求难以匹配。其次，产业界流行的巨量转移技术在成本和良率上难以满足高分辨率显示的发展需求。特别对于AR/VR等超高分辨应用，不仅要求分辨率超过3000PPI，而且还需要显示像元有更快的响应频率。合作团队瞄准高分辨率微显示领域，提出了MoS2 薄膜晶体管驱动电路与GaN基Micro LED显示芯片的3D单片集成的技术方案。团队开发了非“巨量转移”的低温单片异质集成技术，采用近乎无损伤的大尺寸二维半导体TFT制造工艺，实现了1270 PPI的高亮度、高分辨率微显示器，可以满足未来微显示、车载显示、可见光通讯等跨领域应用。其中，相较于传统二维半导体器件工艺，团队研发的新型工艺将薄膜晶体管性能提升超过200%，差异度降低67%，最大驱动电流超过200 μA/μm，优于IGZO、LTPS等商用材料，展示出二维半导体材料在显示驱动产业方面的巨大应用潜力。该工作在国际上首次将高性能二维半导体TFT与Micro LED两个新兴技术融合，为未来Micro LED显示技术发展提供了全新技术路线。上述工作分别以“Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire”（通讯作者为王欣然教授和东南大学王金兰教授）和“Three dimensional monolithic Micro LED display driven by atomically-thin transistor matrix”（通讯作者为王欣然教授、刘斌教授、施毅教授和厦门大学张荣教授）为题，近期在线发表于Nature Nanotechnology。该系列工作得到了江苏省前沿引领技术基础研究专项、国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持，合作单位包括南京大学现代工程与应用科学学院、东南大学、南京工业大学、厦门大学、中科院长春光机所、天马微电子股份有限公司、南京浣轩半导体有限公司等。

二维层状半导体材料得益于原子级薄的厚度，受到静电场屏蔽效应减弱，利用门电压可对其电学性能进行有效调控。利用二维层状半导体材料构建的多端忆阻晶体管(Memtransistor)可以模拟人脑中复杂的突触活动，有望应用于未来非冯架构的神经形态计算等。此外，相比于平面构型，二维纳米功能材料通常具有开放且洁净的界面，使其能够进行任意垂直组装，可实现硅基半导体工艺所不能兼容的多层向上集成范式，从而在单位面积内沿z轴获得更高密度集成。因此，基于垂直架构的二维纳米电子学器件，已成为当前延续摩尔定律的重要研究方向之一。迄今为止，针对铁电二维材料忆阻晶体管的研究仍然匮乏，尤其缺失具有垂直构型的门电压可调的忆阻器件的研究，主要原因在于传统基于隧穿架构的二维忆阻器难以在垂直方向兼具更高性能和有效栅极调控特性。 　　近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心与国内多家单位合作，设计二维半导体与二维铁电材料的特殊能带对齐方式，将金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)与非隧穿型的铁电忆阻器垂直组装，首次构筑了基于垂直架构的门电压可编程的二维铁电存储器。11月17日，相关研究成果以A gate programmable van der Waals metal-ferroelectric-semiconductor vertical heterojunction memory为题，在线发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。 　　科研团队使用二维层状材料CuInP2S6作为铁电绝缘体层，利用二维层状半导体材料MoS2和多层石墨烯分别作为铁电忆阻器的上、下电极层，形成金属/铁电体/半导体(M-FE-S)架构的忆阻器；在顶部半导体层上方通过堆叠多层h-BN作为栅极介电层引入了MOSFET架构。底部M-FE-S忆阻器件开关比超过105，具有长期数据存储能力，且阻变行为与CuInP2S6层的铁电性存在较强耦合(图1)。此外，研究通过制备3×4的阵列结构展示了该型铁电忆阻器件应用于存储交叉阵列【crossbar array，实现随机存取存储器(RAM)的关键结构】的可行性(图2)。进一步，研究在上方MOSFET施加栅极电压，有效调控了二维半导体层MoS2的载流子浓度(或费米能级)，从而对下方M-FE-S忆阻器的存储性能进行操控(图3)。基于上述成果，科研人员展示了该型器件的门电压可调多阻态的存储特性(图4)。 　　本研究展示的门电压可编程的铁电忆阻器有望在未来人工突触等神经形态计算系统中发挥重要作用，并或推动基于二维铁电材料制备多功能器件的开发。此外，该工作提出的MOSFET与忆阻器垂直集成的架构可进一步扩展到其他二维材料体系，从而获得性能更加优异的新型存储器。 　　研究工作得到国家重点研发计划“青年科学家项目”、国家自然科学基金青年科学基金项目/面上项目/联合基金项目、沈阳材料科学国家研究中心等的支持。图1.器件结构设计及两端铁电忆阻器的存储性能。a、器件结构示意图；b、器件的阻变行为；c、少层CuInP2S6的压电力显微镜相位和幅值图；d、器件在不同温度下的输运行为；e、存储器的数据保持能力测试；f、存储器开关比统计图。图2.铁电忆阻器存储阵列演示。a、二维铁电RAM结构示意图；b、CuInP2S6/MoS2界面的HAADF-STEM照片；c、3×4阵列的SEM图像；d、局部放大图；e、3×4阵列的光学照片；f-g、通过读取3×4阵列中每个交叉点的高阻态和低阻态编码的“I”“M”“R”的简化字母。图3.器件的可编程存储特性。a、器件结构示意图；b、MoS2层的转移特性曲线；c-d、异质结的能带结构图；e-f、通过施加门电压实现了对存储窗口从有到无的调控。图4.门电压可编程存储器的多阻态存储特性。a-d、器件在不同门电压下的存储窗口；e、器件的多阻态存储性能演示；f、栅极调控的耐疲劳特性。

二维(2D)半导体材料为将摩尔定律扩展到原子尺度提供了机会。与传统基于蒸镀和光刻技术的加工技术相比，印刷电子因成本效益、灵活性以及与不同衬底的兼容性而受到关注。目前，印刷的二维晶体管受到性能不理想、半导体层较厚和器件密度低的制约。同时，多数二维材料油墨通常使用高沸点溶剂，随之而来的问题包括器件性能退化、高材料成本和毒害性等，难以大规模应用。因此，发展简单且环保的策略对于制造低成本、大规模的打印二维材料功能器件具有重要意义。 　　中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组在二维原子级厚材料合成和图案化器件方面取得了系列进展，例如，二维MXene与纳米晶复合材料研究(J. Mater. Chem. 2022, 10, 14674-14691；Nano Res. 2022，DOI：10.1007/s12274-022-4667-x)、基于交替堆叠微电极的湿度传感微型超级电容器(Energy Environ. Mater. 2022，DOI：10.1002/eem2.12546)。 　　近日，化学所与清华大学、美国加州大学合作，提出了一种界面捕获效应打印策略。该策略使用低沸点水性超分散二维材料油墨，直写打印二维半导体薄膜阵列，无需添加额外表面活性剂，具体而言，通过对剥离的半导体2H-MoS2纳米片进行分级离心，获得了主要为双层厚度的窄分布纳米片；通过建立表面张力和组分比的三溶剂相图，确定了合适的油墨溶剂。印刷超薄图案(约3nm厚度)主要以单层或两层的MoS2纳米片连续均匀排列，并抑制了咖啡环，空隙率较低(约4.9%)。研究使用商用石墨烯作为电极，制备的晶体管在室温下显示出6.7 cm2V-1s-1的迁移率和2×106的开关比，超过了此前印刷MoS2薄膜晶体管的性能。基于此，科研人员制备了高密度(约47000个/cm2)印刷晶体管阵列。该界面捕获效应打印策略可应用于其他2D材料，包括NbSe2、Bi2Se3和黑磷，为印刷二维材料电子器件提供了新方法和新思路。 　　相关研究成果发表在Advanced Materials(DOI：10.1002/adma.202207392)上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、中科院、北京市科学技术协会及北京市自然科学基金的支持。界面捕获效应和超分散2D纳米片墨水打印原子级厚半导体薄膜器件

经过数十年发展，半导体工艺制程不断逼近亚纳米物理极限，传统硅基集成电路难以依靠进一步缩小晶体管面内尺寸来延续摩尔定律。发展垂直架构的多层互连CMOS逻辑电路，从而获得三维集成技术的突破，是国际半导体领域积极探寻的新路径之一，多家半导体公司争相发布相关研究计划。由于硅基晶体管制备工艺采用单晶硅表面离子注入的方式，很难实现在一层离子注入的单晶硅上方再次生长或转移单晶硅。虽然可以通过三维空间连接电极、芯粒等方式提高集成度，但是关键的晶体管始终分布在最底层，无法获得z方向的自由度。新材料、或颠覆性原理因此成为备受关注的重要突破点。近日，在山西大学韩拯教授领衔下，中国科学院金属研究所李秀艳研究员、辽宁材料实验室王汉文副研究员、中山大学侯仰龙教授、中国科学院大学周武教授等参与合作，提出了一种全新的基于界面耦合（理论表明量子效应在其中起到关键作用）的p-掺杂二维半导体方法。该方法采用界面效应的颠覆性路线，工艺简单、效果稳定、并且可以有效保持二维半导体本征的优异性能。进一步，利用垂直堆叠的方式，制备了由14层范德华材料组成、包含4个晶体管的互补型逻辑门NAND以及SRAM等器件。这一创新方法打破了硅基逻辑电路的底层“封印”，基于量子效应获得了三维（3D）垂直集成多层互补型晶体管电路，为后摩尔时代未来二维半导体器件的发展提供了思路。该研究成果以“Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic”为题于2024年5月29日在Nature杂志在线发表。图片来源：中科院金属所

以石墨烯为代表的碳基二维材料自发现以来受到了广泛关注。然而，石墨烯的零带隙半导体性质严重限制了其在微电子器件领域的应用。针对该情况，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究人员等自2013年开展新型碳基二维半导体材料的制备研究，2014年1月成功制备了由碳和氮原子构成的类石墨烯蜂窝状无孔有序结构半导体C3N单层材料（图1），并发现该材料在电子注入后产生的铁磁长程序。C3N的成功合成弥补了石墨烯无带隙的缺憾，为碳基纳米材料在微电子器件的应用提供了新的选择，并引起广泛关注。然而，相比于目前研究已经比较成熟的石墨烯，C3N的研究起步较晚，该材料的基本物性研究仍有大量空白有待填补。 　　研究人员于2016年初步实现AA' 及AB' 堆垛双层C3N的制备（图2）。在此基础上，他们与华东师范大学研究员袁清红团队通过近5年努力，借助实验技术与理论研究，在双层C3N的带隙性质、输运性质等研究领域取得突破，进一步证明双层C3N在纳米电子学等领域的重要应用潜力。 　　该工作证明了通过控制堆垛方式实现双层C3N从半导体到金属性转变的可行性。与本征带隙为1.23 eV的单层C3N相比，双层C3N的带隙大致可以分为三种：接近金属性的AA和AA' 堆垛、带隙比单层减少将近30%的AB和AB' 堆垛、与单层带隙相近的双层摩尔堆垛。上述带隙变化可归因于顶层与底层C3N间pz轨道耦合下费米能级附近能带的劈裂。在双层之间相互作用势接近的前提下，价带顶和导带底波函数重叠的数目决定了能带劈裂程度，进而影响带隙。其中AA、AA' 、AB 、AB' 等双层C3N中，两层波函数重叠的数目存在两倍关系，带隙劈裂值为近似两倍关系。而对于双层摩尔旋转条纹结构，上下层原子基本错开，pz轨道的重叠有限，因此其带隙与单层C3N接近。 　　更重要的是，研究还发现通过施加外部电场可实现AB' 堆垛双层C3N带隙的调制。实验结果表明，在1.4 V nm-1的外加电场下，AB' 堆垛的双层C3N的带隙下降约0.6 eV，可实现从半导体到金属性的转变（图3）。 　　上述工作是C3N材料实验与理论研究的重要突破，为进一步构建新型全碳微电子器件提供了支撑。相关研究成果以Stacking-Induced Bandgap Engineering of 2D-Bilayer C3N为题在线发表在Nature Electronics上。相关工作得到国家自然科学基金、上海微系统所新微之星项目等的支持。 　　 论文链接

p style=" margin-top: 0px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 在半导体器件不断小型化以及柔性化的主流趋势下，以二硫化钼（MoS2）等过渡金属硫属化合物（TMDC）为代表的二维半导体材料显示出独特的优势。国际半导体联盟在2015年的技术路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS）中明确地指出它是下一代半导体器件的关键材料。二维半导体材料具有超薄厚度（单原子层或少原子层），优异的电学、光学、机械性能及多自由度可调控性，使其在未来的更轻、更薄、更快、更灵敏的电子学器件中具有优势。 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 然而，现阶段以器件应用为背景的单层二硫化钼研究仍然存在以下两个关键的科学问题：（1）材料制备，如何获得高质量大尺度的二硫化钼晶圆；（2） 器件工艺，如何实现高密度、高性能、大面积均一的器件加工。这是新型半导体材料从实验室走向市场要经历的共性问题，如能解决其高质量规模化制备和集成器件性能调控的关键科学障碍，必将有力推动二维半导体材料的应用发展进程，给柔性电子产业注入新的发展动力。 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 松山湖材料实验室张广宇副主任带领的二维材料团队，在过去十多年一直致力于高质量二维材料的外延、能带调控、复杂结构叠层、功能电子器件和光电器件的研究。近期，团队利用自主设计搭建的四英寸多源化学气相沉积设备，采用立式生长方法在蓝宝石衬底上成功外延制备了四英寸高质量连续单层二硫化钼晶圆，所外延的高质量薄膜由高定向（0° 和60° ）的大晶粒（平均晶粒尺寸大于100 μm）拼接而成。在这种高定向的薄膜中，高分辨透射电子显微镜观测到了近乎完美的4|4E型晶界。得益于独特的多源设计，所制备的晶圆具有目前国际上报道中最高的电子学质量。相关工作发表在近期的Nano Letters 2020上。 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: center font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 0em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/d61f3a56-f685-4c35-b5f6-c26a3ec32821.jpg" title=" 4a36acaf2edda3cc9bd4902a0de55106213f929f.jpeg" alt=" 4a36acaf2edda3cc9bd4902a0de55106213f929f.jpeg" / /span /p div class=" img-container" style=" margin-top: 30px font-family: arial font-size: 12px white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) user-select: text !important " span class=" bjh-image-caption" style=" user-select: text !important font-size: 13px color: rgb(153, 153, 153) display: block margin-top: 11px text-align: center " 四英寸高定向单层二硫化钼外延晶圆 /span /div p style=" margin-top: 26px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 在此基础之上，团队进行了一系列器件加工工艺的优化，包括：（1）采用兼容的微加工工艺，逐层制作器件，保证了器件层与层之间的洁净，实现了器件阵列加工的大面积均一性；（2）采用独特的物理吸附与化学反应相结合的原子层沉积方法，提高了器件绝缘层质量；（3）采用金/钛/金多层结构作为接触电极，有效降低了器件的接触电阻。 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 通过这些优化手段，成功实现了大面积二硫化钼柔性晶体管以及逻辑器件（如反相器、或非门、与非门、与门、静态随机存储器以及五环振荡器等）的制作，器件表现出优异的功能特性。其中，柔性场效应晶体管器件密度可达1518个/平方厘米，产量高达97%，是目前已报道结果中最高指标。此外，单个器件还表现出优异的电学性能和柔韧性，开关比达到1010，平均迁移率达到55 cm2 V-1s-1，平均电流密度为35 μA μm-1。相关结果发表在近期的Nature Electronics 2020上。 /span /p div class=" img-container" style=" margin-top: 30px font-family: arial font-size: 12px white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) user-select: text !important text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/b5c1c60c-854b-4a68-ac68-4f2091e8ec2f.jpg" title=" 2.jpeg" alt=" 2.jpeg" / span class=" bjh-image-caption" style=" user-select: text !important font-size: 13px color: rgb(153, 153, 153) display: block margin-top: 11px text-align: center " 大面积二硫化钼柔性晶体管与柔性逻辑器 /span /div div class=" img-container" style=" margin-top: 30px font-family: arial font-size: 12px white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) user-select: text !important text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/d6d7193c-438b-4de1-8723-953def3c6f33.jpg" title=" 3.jpeg" alt=" 3.jpeg" / /div p style=" margin-top: 26px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: center font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 0em user-select: text !important " span style=" font-size: 12px user-select: text !important " 二硫化钼柔性反相器、或非门、与非门、与门、静态随机存储器以及五环振荡器 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " span class=" bjh-p" style=" user-select: text !important " 这两项工作突破了晶圆级高质量二硫化钼薄膜的外延技术，实现了二硫化钼柔性晶体管器件及逻辑器件的高密度集成，为大面积柔性电子器件的发展提供了新的思路与技术基础，预期可以有效推动二维半导体材料在柔性显示屏、智能可穿戴器件方面的应用。 /span /p p style=" margin-top: 22px margin-bottom: 0px padding: 0px line-height: 24px color: rgb(51, 51, 51) text-align: justify font-family: arial white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-indent: 2em user-select: text !important " 该系列工作由松山湖材料实验室与中国科学院物理研究所联合完成，并得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院B类先导专项、中科院青促会等项目的资助。 /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 大面积高质量单晶的生长一直是现代电子技术得以高速发展的基石。为了突破硅基电子学摩尔定律的限制，当前电子学研究的热点和重点，即类石墨烯二维半导体如过渡金属硫族化合物（TMDs）等，目前面临着如何精确控制原子层级的二维晶体的外延逐层生长这个难题。单层高质量TMDs的生长和光电应用经常见诸主流期刊，但双层乃至多层高质量单晶TMDs的生长仍是一个巨大的挑战。目前用于基础研究和光电应用的双层及多层TMDs多来自于机械剥离法以及后处理方法（如激光刻蚀、等离子体刻蚀和热退火等），普遍存在产率低、层数和尺寸可控性差等问题。虽有少数工作采用化学气相沉积（CVD）法制备出双层及多层TMDs，但仍存在晶体质量差、尺寸和层数不可控等问题。根据生长动力学理论，双层单晶的生长至少需要两个不同温度的生长阶段来促使单层的垂直高阶堆垛，但是在传统CVD升温阶段过程中，对前驱反应气体的控制不良通常会导致形成不可控和不需要的成核中心，进而显著降低所制备晶体的质量和可控性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为了解决该问题，江南大学电子工程系教授、全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组SAC/TC279/WG9委员肖少庆课题组（低维半导体材料与器件实验室）提出了一种具有普适性的氢气辅助反向气流化学气相外延法，实现了多种TMDs及其合金高质量双层单晶的大范围可控生长。相关成果以“Transition metal dichalcogenides bilayer single crystals by reverse-flow chemical vapor epitaxy”为题于2019年2月5日在线发表在《自然?通讯》上（Nat. Comm. 2019, 10, 598）。该方法通过在升温阶段引入氢气反向气流并控制生长温度梯度，不仅有利于减少外延生长时不需要、不可控的成核中心，而且有利于源自第一单层成核中心的第二单层的均质外延。这种方法的效率远超机械剥离法和传统的CVD方法，并在三层及多层单晶的逐层可控制备方面展现出巨大的潜力。另外，通过控制第二层的生长温度可以得到不同堆垛的双层TMDs单晶如AA堆垛和AB堆垛的二硫化钼（MoS2），实验结果发现AA堆垛的双层MoS2具有比单层更高的场效应管迁移率；通过采用多种源粉首次合成了MoWSSe四元合金双层单晶，实验结果表明其场效应晶体管表现出明显的双极性特征。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/c3614f1c-bb9c-42e1-a4f1-30e9b1035a63.jpg" title=" 微信图片_20190214133337.jpg" alt=" 微信图片_20190214133337.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 基于氢气辅助反向气流化学气相外延法的TMDs双层可控制备及其光电性能展示 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这项研究为TMDs的大范围逐层可控制备提供了一种可靠和通用的思路，为研究层与层之间的范德华力相互作用提供了良好的平台，为实现过渡金属硫属化合物薄膜及其异质结的按需可控制备打下了坚实的基础，极大地提升了TMDs等二维半导体在实际电子和光电器件的应用潜力。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究得到了江南大学自主科研计划-重点项目、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的资助。2014级博士生张秀梅为第一作者，课题组的南海燕老师为共同第一作者，课题组负责人肖少庆校聘教授和团队负责人顾晓峰教授为共同通讯作者，电学测试和理论计算方面分别得到了东南大学倪振华教授课题组和澳大利亚昆士兰科技大学Kostya Ostrikov教授等的支持。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 课题组论文全文链接： a href=" https://www.nature.com/articles/s41467-019-08468-8" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Transition metal dichalcogenides bilayer single crystals by reverse-flow chemical vapor epitaxy /span /a 。 /p p style=" text-align: right text-indent: 2em " 作者：肖少庆课题组 /p

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　光在传波过程中振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，偏振是光作为电磁波的重要特征之一。偏振光探测在线性偏光镜（LPL）、偏振遥感以及医疗诊断治疗等方面已展现出广泛的应用前景。目前，对可见波段的偏振检测研究已比较普及，而对其它特殊波段的偏振探测有待进一步探索。近日，中国科学院半导体研究所超晶格室研究员李京波、魏钟鸣，与天津大学教授胡文平合作，围绕二维GeSe材料在短波近红外波段（700-1100 nm）的偏振光探测取得新进展。 /p p 　　GeSe是一种典型的二元IV-VI硫族化合物，研究显示，GeSe是以高度各向异性的层状正交晶系方式结晶（空间群Pcmn- ，比黑磷的空间群Bmab- 对称性低）。此外，GeSe的带隙范围为1.1-1.2eV，使其适用的二向色性波段分布在1100nm波段以内（可见/短波近红外波段）。在靠近带边处，高态密度直接导致高吸收系数。鉴于上述特性，GeSe在面内各向异性等方面的独特性质有待研究，来实现其在可见/短波近红外波段光偏振探测方面的应用。 /p p 　　在此背景下，该研究员团队利用GeSe材料高蒸气压的特点，采用真空气相沉积法，获得了高质量的GeSe层状单晶。通过XRD以及TEM表征，证实获得的二维GeSe纳米片具有很高的结晶度。同时，通过拉曼光谱、光吸收谱和光探测器件研究，系统分析了GeSe在晶格振动以及光学方面的各向异性（如图）。由于GeSe的几个典型的拉曼振动模的强度随着入射光和散射光的偏振方向以及样品的夹角而变化，拉曼光谱检测为GeSe晶向的确定提供了快速简便的方法。在光学方面，GeSe的各向异性体现在偏振度可分辨的光吸收谱和光电流谱等方面，在532nm激光波长下二向色性比为1.09，在638nm下为1.44，在808nm下为2.16，与吸收谱测试结果基本符合（对应的各向异性吸收比分别是1.09，1.26，3.02），这两种测试方法系统地确定了GeSe最佳的各向异性的光响应在808nm波长附近。结合理论计算的佐证，系统探测显示8-16nm厚度的GeSe有助于实现最优质的光探测结果。该研究成果显示出，二维GeSe在线偏振探测领域有潜在的应用价值。 /p p 　　相关研究成果近期发表在 em Journal of the American Chemical Society /em 上。研究工作得到中科院和国家自然科学基金委员会的资助。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171123391449326616.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/753d9b4e-23b3-45db-b3a8-e7fd4a6082c2.jpg" uploadpic=" W020171123391449326616.jpg" / /p p style=" text-align: center " 由GeSe低晶格对称性导致的角度依赖各向异性拉曼信号和808nm激光下的探测性能。 /p

为加快前沿材料产业化创新发展，引导形成发展合力，工业和信息化部、国务院国资委日前组织编制了《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。新材料产业是战略性、基础性产业，是未来高新技术产业发展的基石和先导。前沿材料代表新材料产业发展的方向与趋势，具有先导性、引领性和颠覆性，是构建新的增长引擎的重要切入点。记者了解到，本次公布的第一批前沿材料产业化重点发展指导目录聚焦已有相应研究成果、具备工程化产业化基础、有望率先批量产业化的前沿材料，涵盖超材料、超导材料、单/双壁碳纳米管、二维半导体材料、负膨胀合金材料等15种前沿材料，可用于新一代信息技术、航空航天装备、高端医疗装备、节能与新能源汽车、智能机器人等多个潜在应用领域。工业和信息化部、国务院国资委要求各地工业和信息化主管部门要加大宣传推广和支持力度，引导各类市场主体结合实际积极开展技术创新、应用探索和产业布局。后续两部门将根据技术发展情况，适时分批发布前沿材料产业化重点发展指导目录。

【科学背景】二维（2D）材料家族在过去二十年显著扩展，包括近2000种理论预测和数百种实验室可接近的物种。这一演变与材料制备技术的进步密切相关。传统的机械剥离从体块晶体中开创性地发现和分离了石墨烯，提供了高质量材料，但在大规模生产中面临挑战。溶液基剥离等替代方法虽然提供了2D材料的可伸缩性，但可能引入缺陷、杂质和化学修饰。与此相比，外延生长技术通过在各种基底上组装原子或分子成为2D材料，无需晶格匹配要求，并能精确控制成分和晶质，展示了制造大面积高质量单晶薄膜的潜力。二维材料外延的概念可以追溯到20世纪60年代，当时John May在高温金属基底上的烃类中发现了未指定的低能电子衍射图案，并将其归因为‘单层石墨’的生长。1984年，Koma等人提出了“范德瓦尔斯（vdW）外延”这一术语，用于在剥离的MoS2表面上制造亚纳米NbSe2薄膜。然而，这些初探一直局限于表面物理学领域，未能引起广泛关注。随着2004年石墨烯的发现和分离，这一领域经历了转变，激发了一系列探索和特征性2D vdW材料及其同质结构外延生长的突破性‘浪潮’。第一波浪由2009年在铜箔上合成单层石墨烯开启，随后十年揭示了外延机制，推动了单晶薄膜的工业化生产。接连而来的浪潮归因于二维六角硼氮化物（hBN）和过渡金属二硫化物（TMDCs）的外延，最近实现了英寸大小的单晶。此外，人工多层系统中的扭转电子学和moire光子学推动了另一波，用于直接生长具有控制堆叠和扭转角度的垂直同质结构。北京大学刘开辉团队最新论文表示，新兴二维材料外延的前景广阔，可能涵盖单元素物种（如黑磷、硼烯和碲烯）以及各种化合物如硫化物、硼化物、碳化物等。每一波浪都带来独特的挑战，但普遍的外延原则在这些进展中是潜在且必要的。随着科学家们不断提出新的技术和策略，如何有效应对这些挑战并推动新材料的应用和工业化成为了当前研究的关键焦点。【科学亮点】（1）在二维材料研究领域，实验揭示了机械剥离技术从体块晶体中分离出石墨烯，并且成功实现了高质量材料的获得。（2）替代的溶液基剥离方法被引入以扩展2D材料的可伸缩性，但引入了潜在的缺陷和杂质，同时也进行了化学修饰。然而，外延生长技术通过在各种基底上组装原子或分子成2D材料，无需晶格匹配要求，为制造大面积、高质量的单晶薄膜提供了精确的成分和晶质控制。（3）二维材料外延的历史可以追溯到1960年代，当时John May首次在高温金属基底上观察到未指定的低能电子衍射图案，推动了“单层石墨”生长的初步探索。（4）1984年，Koma等人提出了“范德瓦尔斯（vdW）外延”概念，用于在MoS2表面上制造亚纳米NbSe2薄膜。这些探索初期局限于表面物理学界，未引起广泛关注。（5）随着2004年石墨烯的发现和分离，二维材料外延领域经历了转变，激发了一系列在探索和外延生长典型2D vdW材料及其同质结构方面的突破性‘浪潮’。（6）外延技术的进步推动了二维六角硼氮化物（hBN）和过渡金属二硫化物（TMDCs）的生长，最近实现了英寸大小的单晶，展示了制造大面积、高质量单晶薄膜的潜力。【科学图文】图1：二维2D 范德华 van der Waals，vDW材料及其同质结构外延生长的代表性进展。图2：单畴的成核控制。图3：多域定向控制。图4：均匀多层膜的制备。图5: 转角同质结构的制造。【科学结论】在过去的十年中，二维范德瓦尔斯（vdW）材料外延生长取得了显著进展，从平面单晶单层发展到垂直多层结构。一些典型材料的制备已经达到了先进阶段，例如工业规模生产石墨烯单晶薄膜，英寸尺寸的hBN单晶单层合成，以及TMDC半导体达到标准300毫米晶片大小，与主流硅技术对接134。此外，具有平行堆叠或精确扭转角度控制的同质结构多层外延也有了一定的阶段性进展。我们在本综述中总结了这些案例背后的策略，并相信它们可以进一步扩展到其他外延技术或二维系统中。复杂vdW化合物如金属氧化物或氢氧化物的单晶外延生长，目前正处于探索阶段，遵循这些已建立的策略。在器件应用场景中，二维结构理想情况下应在材料制备过程中启动和形成。对绝缘晶片上的二维薄膜进行直接生长或晶片规模的转移技术是将二维场效应晶体管纳入未来大规模集成器件至关重要的。需要制定经济实惠的热预算解决方案，以适应材料生长和随后器件制造与后端线路工艺的兼容性。下一步是建立从材料设计到封装和器件集成的工业链桥梁。最终，一旦二维材料的生长准备水平和生产复制性达到硅晶片的水平，它们从研究（实验室）到设计和制造（工厂）的转变将指日可待。原文详情：Liu, C., Liu, T., Zhang, Z. et al. Understanding epitaxial growth of two-dimensional materials and their homostructures. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01704-3

【科学背景】二维（2D）过渡金属二硫化物（TMDs）是近年来电子学领域的重要研究方向，因其独特的物理性质和潜在的应用前景而成为研究热点。随着材料制备技术的进步，TMDs的电子设备已经从单次原理验证演示进展到了更加可重复的集成设备。然而，当前在高性能电子设备的开发中，仍面临诸如掺杂、p型接触以及高介电常数（k）介质等关键问题。特别是二维TMDs中高密度的缺陷对器件性能产生了严重影响，这些缺陷包括带电的硫族元素空位和等价杂质，导致器件的开态电流、阈值电压波动和迁移率下降。有鉴于此，剑桥大学王琰以一作兼通讯、Manish Chhowalla教授团队在“Nature Electronics”期刊上发表了题为“Critical challenges in the development of electronics based on two-dimensional transition metal dichalcogenides”的最新论文。研究人员正在积极探索解决这些问题的方法。一些科学家致力于提高材料质量，降低缺陷浓度，从而优化二维TMDs的电子性能。此外，为了实现高性能FETs，需要开发与CMOS兼容的高介电常数介质，这些介质不应对二维TMD通道产生负面影响。通过这些努力，科学家们在提升器件性能方面取得了一定的进展，例如实现了低缺陷密度的二维TMDs中高达1000 cm² V⁻ ¹ s⁻ ¹ 的室温迁移率，并探索了与工业兼容的介质材料。这些研究成果为二维TMDs在实际应用中的广泛采用奠定了基础。【科学亮点】1. 本文实现高性能电子设备的可重复集成实验揭示了基于二维过渡金属二硫化物（TMDs）的高性能电子设备的可重复集成，从原理验证阶段过渡到更为稳定的集成设备。研究表明，通过优化材料质量和金属接触、电介质与二维半导体之间的界面，可以显著提高设备性能。2. 面临的关键挑战实验通过对二维TMDs的电子器件开发进行深入分析，识别出掺杂、p型接触和高介电常数介质作为关键挑战。研究发现，二维TMDs中的高缺陷密度是这些问题的根源。高缺陷浓度影响了器件的性能，包括迁移率、阈值电压以及接触电阻等。3. 对策与建议实验建议研究社区应更加关注高质量低缺陷浓度材料的生长，以应对上述挑战。同时，建议探索与CMOS兼容的高介电常数介质，以实现更高性能的器件。这些对策将有助于提高设备的实际应用性能，并推动二维TMDs电子技术的工业化进程。【科学图文】图1： 二维 TMD 的缺陷。图2：二维 TMD 的电触点。图3： 二维 TMD 的氧化电介质。【科学结论】本文提供了关于二维过渡金属二硫化物（TMDs）电子设备开发的重要意义。首先，材料质量的提高和界面优化是提升二维TMDs器件性能的关键。高缺陷密度是限制器件性能的主要因素，因此，关注高质量低缺陷材料的生长是至关重要的。其次，本文强调了掺杂技术、p型接触以及高介电常数介质的关键问题，指出这些挑战都与二维TMDs中存在的缺陷密度密切相关。例如，掺杂难度和不良的p型接触会影响载流子浓度的调节和接触性能，而高介电常数介质必须能够兼容并且不损害二维TMD通道的性能。此外，随着技术的进步，开发工业兼容的解决方案变得越来越重要。这包括实现低缺陷密度的晶圆级合成、优化金属-半导体和半导体-介质之间的范德瓦耳斯（vdW）界面，以及确保新材料和工艺具有良好的可扩展性和稳定性。本文的科学启示在于，解决这些挑战不仅有助于提升二维TMDs器件的性能，还能推动其在实际应用中的广泛采用。未来的研究应进一步聚焦于高质量材料的合成和工业兼容性，确保这些创新在实际应用中能够实现其潜在的技术价值。原文详情：YWang, Y., Sarkar, S., Yan, H. et al. Critical challenges in the development of electronics based on two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01210-3

二维半导体材料，比如二硫化钼（MoS2），表现出了诸多新奇的特性，从而使其具有应用于新型电子器件领域的潜力。目前，研究人员常用电子束光刻的方法，在此类仅若干原子层厚的材料表面定域制备图形化电，从而研究其电学特性。然而，采用此类方法常遇到的问题之一是二维半导体材料与金属电之间为非欧姆接触，且具有较高的肖特基势垒。近期，刊载在Nature Electronics上的Patterning metal contacts on monolayer MoS2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography一文（Nature Electronics volume 2, pages17–25 (2019)），针对以上问题展开了研究。文中，Zheng等人采用热扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography，t-SPL）的方法，在二维原子晶体表面成功制备了图形化电。此方法具有高的可重复性，并且具有小于10 nm的分辨率，以及可观的产率（单根针达到105?μm2?h?1）。相较于电子束光刻方法而言，此方法可以同时进行图形化工艺并原位对图形化工艺后的结果进行成像表征，而且不需要真空腔体以及高能电子束。采用这一技术方案，Zheng等人在单层MoS2上制备了具有栅和背栅结构的场效应晶体管。在未采用负电容或异质堆叠等方案的前提下，Zheng等人制备的器件中的二维半导体材料与金属电之间的肖特基势垒趋于0 meV，开关比达到1010，且亚阈值摆幅低至64 mV/dec，大大优于此前诸多其他方案所制得的类似器件的电学特性。 图1 器件制备流程及主要步骤后的样品形貌表征表1 采用两种不同方法（热扫描探针光刻与电子束光刻）制备的基于MoS2的FET的电学特性对比 值得指出的是，文中Zheng等人实现图形化掩膜制备所用的设备，是由瑞士Swisslitho公司所研发的NanoFrazor 3D纳米结构高速直写机，该系统实现图形化工艺主要是基于前文所述的热扫描探针光刻技术。热扫描探针光刻技术的核心，是利用高温纳米针与一种热解胶（PPA）作用，热解胶在高温作用下会挥发，从而使热针“画”过的区域没有热解胶而热针没有“画”过的区域留存有热解胶，从而实现对热解胶的图形化处理。工艺过程中，图形的刻写精度与针的曲率半径以及针的温度控制水平息息相关。依托成熟的微加工工艺以及微系统设计经验，Swisslitho设计并制备了具有纳米曲率半径的针的悬臂梁，并且在悬臂梁上集成了用于控制及反馈针温度的电学系统，可以在室温至1100 ℃的范围内对针的温度进行准确地控制及监测，从而使得NanoFrazor的图形加工精度可以达到10 nm量的水平，且工艺具有佳的稳定性和重复性。图2 针处于加热状态下的悬臂梁图像另一方面，从工作原理不难看出，热扫描探针光刻不需要额外的显影操作。只要是用高温纳米探针在热解胶表面一“画”，热解胶表面相应区域就会挥发掉，从而在表面留下痕迹。着眼于这一特点，Swisslitho的研发人员巧妙地在悬臂梁上集成了轮廓探测器，可以原位对热解胶表面留下的痕迹进行形貌表征，从而实现闭环图形加工功能。NanoFrazor使用户可以实时了解图形加工的情况，并进行修正，大大缩减了图形化工艺所用的时间，提升了效率。 此外，由于NanoFrazor特殊的结构特点，使得NanoFrazor在进行套刻工艺时，可以方便快捷地直接定位到样品表面的目标区域并进行套刻工艺，无须预先在样品表面制备对准标记，亦可省去进行传统光学光刻或电子束光刻对准过程中的繁琐步骤。 为重要的是，由于工艺过程中用针的热与热解胶作用替代了电子束或光束与光刻胶作用，可以有效减少图形化工艺过程中对样品中介质材料的电荷注入所引起的损伤，从而提升微纳结构电学特性的可靠性，亦可有效提升器件的电学特性。

期刊：Nature communication IF 14.92文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26230-x 【引言】 石墨烯的发现为人类打开了二维材料的大门，经历十多年的研究，二维材料表现出的各种优良性能越来越吸引科研学者。然而，在工业上大规模应用二维材料仍然存在着很多问题，所制成的器件不能符合工业标准。 【成果简介】 近日，复旦大学包文中教授课题组利用机器学习 (ML) 算法优化了二维半导体（MoS2）栅场效应晶体管 (FET)的制备工艺，并采用工业标准设计流程和工艺进行了晶圆器件与电路的制造和测试。文章以《Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning》为题发表于Nature Communications。本文中，晶圆尺寸器件制备的优化是先利用机器学习指导制造过程，随后使用小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3进行制备，优化了迁移率、阈值电压和亚阈值摆幅等性能。 【图文导读】图1. 制备MoS2 FETs的总流程图。（a）CVD法制备晶圆尺寸的MoS2。（b）MoS2场效应管的各种截面图。（c）晶体管的表现和各类参数的关系。（d）从材料制备到芯片制备和测试的优化反馈循环。图2. MoS2 FETs的逻辑电路图。（a），（b），（c）和（d）各类电压对器件的影响。（e）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的正反器和（f）相应实验结果（g）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的加法器和（h）相应的实验结果。图3. 利用MoS2 FETs制备的模拟，储存器和光电电路。（a）使用无掩膜光刻机制备的环形振荡器和（b）相应的实验结果。（c）基于MoS2 FETs制备的存储阵列和（d-f）相应的实验结果。（g）利用MicroWriter ML3制备的光电电路和（h-i）相应的表现结果。图4. 使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机在晶圆上制备MoS2场效应管。（a）在两寸晶圆上制备的基于MoS2场效应管的加法器。（b），（c）和（d）在晶圆上制备加法器的运算结果。 【结论】 随着二维材料的应用和人工智能在各领域的迅速发展，如何快速开发出符合实验设计的原型芯片结构变得十分重要。由于实验过程中需要及时修改相应的参数，得到优化的实验结果，所以十分依赖灵活多变的光刻手段。从上文中可以看出，小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3可以帮助用户快速实现各类逻辑结构的开发，助力微电子相关领域的研究。 鉴于1套小型台式无掩膜光刻机ML3系统的优良性能和高成果产出，课题组相关研究团队继续紧追热点，把握时机再添置一套英国DMO公司新款小型台式无掩膜光刻机-ML3 Pro+0.4 μm专业版系统，力争更优的器件性能，图中所示是目前已交付正常使用的全新版系统。希望能够助力研究团队取得重要进展！

期刊：Nature communication IF 14.92文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26230-x 【引言】石墨烯的发现为人类打开了二维材料的大门，经历十多年的研究，二维材料表现出的各种优良性能越来越吸引科研学者。然而，在工业上大规模应用二维材料仍然存在着很多问题，所制成的器件不能符合工业标准。 【成果简介】近日，复旦大学包文中教授课题组利用机器学习 (ML) 算法优化了二维半导体（MoS2）栅场效应晶体管 (FET)的制备工艺，并采用工业标准设计流程和工艺进行了晶圆器件与电路的制造和测试。文章以《Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning》为题发表于Nature Communications。本文中，晶圆尺寸器件制备的优化是先利用机器学习指导制造过程，随后使用小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3进行制备，优化了迁移率、阈值电压和亚阈值摆幅等性能。 【图文导读】图1. 制备MoS2 FETs的总流程图。（a）CVD法制备晶圆尺寸的MoS2。（b）MoS2场效应管的各种截面图。（c）晶体管的表现和各类参数的关系。（d）从材料制备到芯片制备和测试的优化反馈循环。图2. MoS2 FETs的逻辑电路图。（a），（b），（c）和（d）各类电压对器件的影响。（e）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的正反器和（f）相应实验结果（g）使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机制备的加法器和（h）相应的实验结果。图3. 利用MoS2 FETs制备的模拟，储存器和光电电路。（a）使用无掩膜光刻机制备的环形振荡器和（b）相应的实验结果。（c）基于MoS2 FETs制备的存储阵列和（d-f）相应的实验结果。（g）利用MicroWriter ML3制备的光电电路和（h-i）相应的表现结果。图4. 使用MicroWriter ML3无掩膜激光直写机在晶圆上制备MoS2场效应管。（a）在两寸晶圆上制备的基于MoS2场效应管的加法器。（b），（c）和（d）在晶圆上制备加法器的运算结果。 【结论】随着二维材料的应用和人工智能在各领域的迅速发展，如何快速开发出符合实验设计的原型芯片结构变得十分重要。由于实验过程中需要及时修改相应的参数，得到优化的实验结果，所以十分依赖灵活多变的光刻手段。从上文中可以看出，小型台式无掩膜光刻机MicroWriter ML3可以帮助用户快速实现各类逻辑结构的开发，助力微电子相关领域的研究。鉴于1套小型台式无掩膜光刻机ML3系统的优良性能和高成果产出，课题组相关研究团队继续紧追热点，把握时机再添置一套英国DMO公司新款小型台式无掩膜光刻机-ML3 Pro+0.4 μm专业版系统，力争更优的器件性能，图中所示是目前已交付正常使用的全新版系统。希望能够助力研究团队取得重要进展！

15日，记者从中国科学技术大学获悉，该校曾长淦教授、李林副研究员研究团队与北京量子信息科学研究院解宏毅副研究员等合作，通过构筑石墨烯与氧化物界面超导体系的复合结构，揭示了二维半金属和二维超导体之间由于量子涨落诱导的巨幅超流拖拽效应。相关成果日前在线发表于《自然物理》。对于两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构，在其中一层（主动层）施加驱动电流，层间载流子之间的耦合会在另一层（被动层）中诱导产生一个开路电压或闭路电流，即产生层间拖拽效应。基于二维电子气之间的拖拽效应，可以探索准粒子的层间长程相互作用，发现如激子超流体等新颖层间关联量子态。由于较强的介电屏蔽效应，拖拽电流耦合比远远小于1。而将其中一层或两层替换成超导材料，将有望产生耦合比显著增强的超流拖拽效应。研究团队构筑了石墨烯与氧化物异质界面组成的二维半金属—超导体电双层结构，并对其层间拖拽行为进行了系统研究。他们发现，在氧化物界面超导转变区间，石墨烯层中施加驱动电流可以在氧化物界面诱导出巨幅拖拽电流，且强度可以通过栅压/外磁场等进行有效调控。特别是在界面超导最优掺杂附近，拖拽电流耦合比达到0.3，即所产生的拖拽电流大小与驱动电流相当。与此前传统普通金属/超导金属体系相比，耦合比提高了两个量级以上。这一结果揭示了宏观量子涨落对于层间准粒子相互作用的显著调制。在应用层面，基于该复合结构将有望制备新型电流或电压高效转换器件，包括超导二极管等量子器件，将推动具有丰富量子物相的更广泛二维电子体系的拖拽效应研究，并发现更多基于层间长程耦合的新颖量子多体效应。

近两年，中国大陆半导体设备行业发展迅速，速度远超全球增速。根据SEMI 数据，近年来全球半导体设备规模持续增长，2021年全球半导体设备市场规模为1026 亿美元，同比增长44%，预计 2022 年市场规模将有 11%左右的增速，约 1140 亿美元。2021 年中国大陆半导体设备销售额为 296 亿美元，同比增长 56%，占全球半导体设备销售额的 28.85%。中国大陆半导体设备行业增速远超全球平均水平。然而，当前半导体设备市场高度集中，海外龙头处于垄断地位。半导体设备技术壁垒、客户认知度壁垒以及市场壁垒三高，研发周期长难度大，高端设备几乎被国外品牌垄断，广大用户对国产半导体设备的发展认知、认可并不充分。如何进一步提升国产半导体设备品牌的认知、认可，依然是摆在国内企业面前的关键问题。危中有机，随着贸易壁垒加剧，以及本土设备厂商的顽强成长，还有政府的大力支持，本土设备厂商有了更大的试错和成长空间，近两年的订单量明显提升。同时在疫情影响和全球设备需求暴涨背景下，相较于海外设备，国产设备交期相对较好，在配套服务、响应速度方面具有优势，供应链安全方面具有保障。基于此，仪器信息网联合电子工业出版社于7-8月邀请半导体设备制造商（国内、国际厂商）、半导体设备用户等以“国产半导体设备的危与机”为主题，进行系列访谈，贴近企业“芯”声，为行业现状发声，以期提高用户对国产半导体设备品牌的认知和认可。一、主办单位：仪器信息网、电子工业出版社二、本期直播时间2022年7月22日14:00-16:00三、直播平台仪器信息网视频号电子工业出版社小电新视界视频号同步转播四、本期直播嘉宾陈春章博士陈春章博士，现为鹏城实验室研究员，中国科学院大学和浙江大学兼职/兼任教授。担任《集成电路产业全书》英文版(Handbooks of IC Industry, Springer, 待出版, 2023) 编委会副主编；《集成电路系列丛书》编委会副秘书长。陈春章博士曾在美国楷登(Cadence)电子公司16年(1997-2013), 任职该公司技术总监、工程师总监、资深经理、EDA讲师等职。先后参与或支持过数10家全球大客户的 IC 产品技术与设计流程开发，并带领团队在北京参与建立和运行 "Cadence 大学"。陈春章于2008年出版《数字集成电路物理设计》，2015年编译《混合信号设计方法学指导》，2018年任《集成电路产业全书》编委会副秘书长等，近年来发表集成电路技术研究文章10多篇。他1995年加入美国泰鼎(Trident)公司两年，并在无锡华大国奇科技公司(2014-2018)担任市场与销售副总裁等。早年曾担任中国科学院助理研究员、在美国数家学术机构(1987-1995：长岛BNL, 旧金山UCSF, 纽约市Columbia大学)从事辐射物理学与辐射生物学等基础科学研究工作，曾发表科学研究论文30多篇。他毕业于中国科学技术大学近代物理系，英国圣安德鲁斯大学硕士和物理学博士。五、本期直播议题《集成电路产业的突破与挑战》☆与集成电路产业结缘☆中国集成电路产业的现状☆中国集成电路产业该如何破局☆中国集成电路产业的未来发展趋势… … 扫描二维码提前预约

北京大学电子学院彭练矛教授-邱晨光研究员课题组日前制备出10纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管，首次使得二维晶体管实际性能超过Intel商用10纳米节点的硅基鳍型晶体管，并将二维晶体管的工作电压降到0.5V，这也是世界上迄今速度最快能耗最低的二维半导体晶体管。该研究成果以《二维硒化铟弹道晶体管》为题日前在线发表于《自然》。芯片为大数据和人工智能的发展提供源源不断的动力，芯片速度的提升得益于晶体管的微缩，然而当前传统硅基场效应晶体管的性能逐渐接近其本征物理极限。受限于接触、栅介质和材料等方面的瓶颈，迄今为止，所有二维晶体管所实现的性能均不能媲美业界先进硅基晶体管，其实验结果远落后于理论预测。对此，团队在研发过程中实现了三方面技术革新：一是采用高载流子热速度（更小有效质量）的三层硒化铟作沟道，实现了室温弹道率高达83%，为目前场效应晶体管的最高值，远高于硅基晶体管的弹道率（小于60%）；二是解决了二维材料表面生长超薄氧化层的难题，制备出2.6纳米超薄双栅氧化铪，将器件跨导提升到6毫西微米，超过所有二维器件一个数量级；三是开创了掺杂诱导二维相变技术，克服了二维器件领域金半接触的国际难题，将总电阻刷新至124欧姆微米。研究团队表示，这项工作突破了长期以来阻碍二维电子学发展的关键科学瓶颈，将n型二维半导体晶体管的性能首次推近理论极限，率先在实验上证明出二维器件性能和功耗上优于先进硅基技术，为推动二维半导体技术的发展注入了强有力的信心和活力。

为促进半导体材料、器件和芯片领域科研院校，芯片设计、制造与封测企业，半导体分析检测仪器与设备企业，分析检测设备零部件供应企业之间的互动交流和融合创新，由国家集成电路创新中心、上海市仪器仪表行协会、财联社等主办，复旦大学光电研究院等协办的“2024 中国检测技术与半导体应用大会暨半导体分析检测仪器与设备发展论坛”第二轮通知正式发布。会议将在于7月11-13日在上海虹桥举办，欢迎广大专家学者和企业高管积极参会，企业参展交流。你将有机会与500位来自科研院所、芯片设计制造与封测企业、半导体分析检测仪器与设备企业的专家教授和企业高管，共同研判半导体检测技术的发展趋势，共同碰撞产学研合作火花，共同对接面向产业市场和科研市场的高质量合作机遇。一、会议宗旨为提高产品质量，针对先进半导体材料、薄膜、器件、芯片等工艺控制和精确测试、测量分析技术，以及创新链、供应链合作机遇，主要探讨交流：1、相关科学技术应用现状、未来去哪里、怎么去实现、有哪些障碍及具体的需求，高校科研院所和企业在专业人才培养、产学研合作、技术成果转移转化等方面如何打通双向合作通道；2、从事半导体技术研究的高校科研院所，从事半导体制造的企业，从事半导体材料制造企业的研发水平提升、产品质量提高和未来发展方向等对半导体相关分析检测仪器与设备的需求；3、半导体分析检测仪器设备及其零部件产业发展现状如何、未来的方向、怎么去实现、有哪些障碍及相应的需求，供应链上下游企业合作机遇及合作方式等。二、会议主题1、集成电路、新能源、显示、LED、汽车电子领域中先进半导体工艺、器件2、半导体材料、薄膜表征技术及其仪器，包括SEM, TEM, XPS, AFM, XRD, SIMS等3、半导体器件表征技术及其仪器，包括电学、光学、光电特性等表征及相关仪器4、半导体芯片表征技术及其设备，包括功能、性能、封装可靠性等表征及相关设备5、企业上下游供应链对接，科创型企业知识产权布局和保护6、企业与科研院所产学研合作，科研院所科研成果展示和发布三、参会人员1、利用各种物理、化学、光学、微结构、电学等技术进行半导体材料、薄膜、器件、芯片制备研究及分析检测仪器与设备研发等领域（集成电路、新能源、显示、LED、汽车电子）研究的高校科研院所课题组长、系主任、院长和学生；2、芯片设计行业、半导体材料和半导体前后道制造领域的企业管理者和技术负责人；3、半导体分析检测仪器与设备业管理者和技术负责人；4、半导体分析检测仪器与设备零部件制造企业的管理者和技术负责人。四、组织单位指导单位：中国技术创业协会、上海市经济和信息化委员会、上海市科学技术协会、上海虹桥商务区管理委员会、上海市闵行区人民政府主办单位：国家集成电路创新中心、上海市仪器仪表行业协会、财联社承办单位：复旦大学光电研究院、上海复创芯半导体科技有限公司、科创板日报、上海南虹桥投资开发（集团）有限公司协办单位：中国上海测试中心、上海市集成电路行业协会、上海市真空学会、上海电子学会智能仪器与设备专委会、上海市在线检测与控制技术重点实验室、上海理工大学光电学院、上海大学特种光纤与光接入网重点实验室、求是缘半导体联盟、复旦大学校友总会集成电路行业分会、上海段和段律师事务所特别报道：《CMG数字中国》融媒体节目支持媒体：仪器信息网、半导体综研、半导体行业联盟、上海真空学会官网、大同学吧、芯片揭秘支持期刊：半导体学报、自动化仪表五、已确认参会的专家/企业（持续更新中）六、会议信息1、会议时间：2024年7月11日-13日2、会议日程：日期时间活动议程7月11日14:00-20:00大会报到、展台布置7月12日09:00-12:00大会报告-113:30-17:30分会报告、墙报18:00-19:30晚宴、颁奖7月13日08:30-12:00分会报告、技术培训13:30-17:00大会报告-2、论坛、人才交流3、报告主题：报告主题主题一集成电路晶圆级缺陷检测技术主题二半导体封装及缺陷检测技术主题三高分辨显微技术及半导体应用主题四薄膜制备及椭圆偏振测试技术主题五X射线检测技术及半导体应用主题六光谱技术应用于半导体材料检测主题七功率器件、芯片缺陷检测技术主题八射频芯片检测及分析技术主题九半导体器件可靠性及失效分析技术主题十芯片、微纳器件形貌、热探测技术主题十一半导体光电器件、芯片检测技术主题十二AI技术应用于半导体分析检测(备注:会议议程持续更新，以现场实际安排为准)4、会议地点会议规模：500人左右会议地点：上海虹桥 新华联索菲特大酒店具体地址：上海市闵行区泰虹路666号(直线距离虹桥火车站、虹桥2号航站楼3公里)七、注册费用及报名名称费用（元/人）2024年6月25日前缴费2024年6月25日后及现场缴费会议代表23002800学生代表15001800（备注：注册费用包含大会期间的餐费、会议资料及纪念品等，不包含住宿费用）请扫描二维码 立刻在线报名请参会人员于2024年6月25日前微信扫码登记或填写附件3“会议参会回执表八、论文摘要/企业参展赞助1、会议论文摘要(详见附件1"会议论文摘要模板”)2、本次会议及论坛的参展与赞助(详见附件2"会议赞助权益清单”)（附件下载，详见文末）九、报名及赞助联系方式会议Emait:kjyzy@fudan.edu.cn院校师生报名及论文投递联系人：刘老师 139 1828 3051企业报名及赞助咨询联系人：徐老师 135 8571 1280报名缴费及发票确认联系人：王老师 178 2179 68082024中国检测技术与半导体应用大会_会议论文摘要模板_附件1.doc2024中国检测技术与半导体应用大会_会议赞助权益清单_附件2.pdf2024中国检测技术与半导体应用大会_参会确认表_附件3.docx

一、会议概述半导体产业作为现代信息技术产业的基础，已成为社会发展和国民经济的基础性、战略性和先导性产业，是现代日常生活和未来科技进步必不可少的重要组成部分。当前，全球半导体科技和产业的竞争愈演愈烈，各国围绕提升半导体领域竞争力，相继出台了一系列政策举措。半导体行业归根结底属于设备类行业，行业内素有“一代设备，一代工艺，一代产品”的说法。SEMI在SEMICON Japan 2022上发布了《2022年度总半导体设备预测报告》。报告指出，原设备制造商的半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年创下1085亿美元的新高，连续三年创纪录，较2021创下的1025亿美元行业纪录增长5.9％。基于此，仪器信息网联合电子工业出版社于四、五月将启动“半导体主题月”活动。活动同期，仪器信息网与电子工业出版社特组织召开第二届“半导体工艺与检测技术”主题网络研讨会。会议旨在邀请领域内专家围绕半导体产业常用的工艺与检测技术，从各种半导体制造工艺及其检测技术等方面带来精彩报告，依托成熟的网络会议平台，为半导体产业从事研发、教学、生产的工作人员提供一个突破时间地域限制的免费学习、交流平台，让大家足不出户便能聆听到精彩的报告。（相关链接：半导体主题月_专题）主办单位： 仪器信息网 电子工业出版社直播平台：仪器信息网网络讲堂平台会议官网：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Semicon2023/会议形式：线上直播，免费报名参会（报名入口见会议官网或点击上方图片）二、会议日程第二届“半导体工艺与检测技术”网络会议5月10日薄膜沉积与外延及其检测技术09:30--10:00待定王晓东（中国科学院半导体研究所 研究员）10:00--10:30ICPMS在半导体行业的应用付玉（德国耶拿分析仪器有限公司 应用工程师）10:30--11:00硅光传感技术与工艺杨妍（中国科学院微电子研究所 研究员杨妍）11:00--11:30湿敏薄膜制备与第三代半导体器件研究代建勋（大连理工大学 助理教授）光刻与刻蚀及其检测技术14:00--14:30广义芯片特种紫外光刻设备研发胡松（中国科学院光电技术研究所 研究室主任/研究员）14:30--15:00海洋光学微型光谱仪在半导体领域的应用卢坤俊（海洋光学 资深技术&应用专家）15:00--15:30光刻照明系统关键技术刘俊伯（中国科学院光电技术研究所 副研究员）15:30--16:00微纳加工的干法刻蚀技术（拟）张忠山（中国科学院物理研究所 副主任工程师）5月11日半导体封装及其检测技术09:30--10:00面向芯粒集成的先进封装工艺探索刘书利（ 中科芯集成电路有限公司 微系统制造研发部副经理）10:00--10:30待定徕卡显微系统10:30--11:00半导体集成电路封装及检测张乐银（华东光电集成器件研究所 所级关键技能带头人）11:00--11:30集成电路设计与封装技术的协同优化陈春章（鹏城实验室 研究员）半导体失效分析及沾污检测14:00--14:30碳化硅MOS器件可靠性考核体系的探讨郭春生（北京工业大学 副教授）14:30--15:00国产无机质谱在半导体工艺检测中的应用和进展陈磊（北京莱伯泰科仪器股份有限公司 ICP-MS产品经理）15:00--15:30半导体制程中痕量金属离子检测张君峰（苏州赛米肯分析技术有限公司 实验室经理）15:30--16:00电子化学品中痕量阳离子检测技术和应用实例李春华（上海市计量测试技术研究院 集成电路产业中心主任/高工）三、 会议联系会议内容（欢迎广大产业链的从业人士联系）：康编辑（仪器信息网）15733280108 kangpc@instrument.com.cn会议赞助：刘经理 15718850776（同微信） liuyw@instrument.com.cn四、报名通道1、点击链接或扫描下方二维码参会: https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Semicon2023/2、添加小助手报名（备注会议名称）：欢迎大家踊跃报名！

天眼查显示，6月27日，集益威半导体（上海）有限公司（简称：集益威半导体）发生工商变更，新增国家集成电路产业投资基金二期股份有限公司、上海中移数字转型产业私募基金合伙企业（有限合伙）等股东，同时，注册资本增至1487.272100万人民币，增幅达+ 8.93%。其中，国家集成电路产业投资基金二期股份有限公司认缴出资额24.3815万元，持股比例1.6393%。集益威半导体官方消息显示，公司创立于2019年8月，是海归团队共同创办的基于中国本土的高端IC设计公司。上海钫铖微电子有限公司创立于2016年6月，是集益威半导体（上海）有限公司的全资子公司。近期，获大基金二期加持的企业还包括长电科技汽车电子（上海）有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、牛芯半导体、长电科技汽车电子（上海）有限公司、湖北九同方微电子有限公司等。

近日，2021年第四届低维材料应用与标准研讨会（LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。会议吸引了低维材料与器件相关领域的400余名专家学者与企业代表出席，云端参会人数超过1万人。会议同期举办5个不同主题的分会场，仪器信息网编辑对“第2分论坛：低维半导体电子/光电子器件分论坛”进行了跟踪报道。该会场共安排了16个邀请报告和6个青年论坛报告，相继由北京大学集成电路学院研究员黄芊芊、中国科学院半导体所研究员赵德刚、中国科学院半导体研究所研究员薛春来、华中科技大学光学与电子信息学院/武汉光电国家研究中心副教授叶镭和北京化工大学教授邵晓红主持；内容精彩纷呈，得到与会观众的高度关注。以下为此分会场的部分报告集锦，以飨读者。报告题目：GaN 基材料与激光器报告人：中国科学院半导体所研究员 赵德刚氮化镓（GaN）材料被称为第三代半导体，GaN基激光器在激光显示、激光照明、激光加工等领域重要的应用价值，材料生长与器件工艺是基础和关键。在材料方面，赵德刚课题组提出了独特的MOCVD外延方法，生长出高质量的GaN材料，室温下电子迁移率超过1000 cm2/Vs，这是目前国际上公开报道的最好结果；发现并抑制了碳杂质对p-GaN材料的补偿效应，提出了少量掺氧的p型杂质激活方法，解决了p型掺杂问题；还发现了GaN材料“黄光峰”与碳杂质和刃位错紧密相关。在器件方面，利用碳杂质实现了良好的p-GaN欧姆接触特性；掌握了InGaN量子阱界面控制方和局域态调控方法，并生长出高质量的InGaN量子阱材料；研究了InGaN波导层的生长技术，有效抑制了表面V型坑缺陷的形成；提出了降低吸收损耗、抑制电子泄漏的多种激光器新结构，提高了器件性能，研究了激光器物理，发现了GaN基激光器失效机制。研制出我国第一只GaN基紫外激光器，目前连续功率输出920mW，进一步实现了366nm的GaN基紫外激光器电注入激射，并研制出室温连续激射功率6W的蓝光激光器。报告题目：基于低维硅材料的异质结构及其光电神经突触器件报告人：浙江大学教授 皮孝东由于基于传统的冯诺依曼架构的计算的发展面临着高功耗等瓶颈问题，新型计算如神经形态计算正受到人们越来越多的关注。在生物神经系统中，信号的传递都是通过神经突触实现的，因此模拟生物神经突触的神经突触器件成为了发展神经形态计算所必需的核心器件。生物神经系统中的信号主要是电信号，所以早期的研究人员主要研究电刺激-电输出的电子神经突触器件。然而，光电集成特别是硅基光电集成的发展表明，神经形态计算将来若能建立在光电集成的人工神经网络之上，其性能将比只依赖于电集成的更加卓越。这导致近年来研究人员考虑到将光信号引入神经突触器件中，制备光电神经突触器件，进而构建光电集成的人工神经网络。对于光电神经突触器件，如果它们基于硅，研究人员就有望充分利用硅成熟的器件制备和集成工艺，推动光电集成的神经形态计算的快速发展。报告中，皮孝东主要介绍近年来基于低维硅材料如硅量子点和硅纳米膜，与新型半导体材料如二维半导体材料、有机无机杂化钙钛矿、有机半导体等构建异质结构，制备光电神经突触器件，实现对一系列生物突触行为的模拟。报告题目：基于二维层状半导体的偏振光探测器报告人：中国科学院半导体研究所研究员 魏钟鸣近年来，二维材料由于其独特的光电性能而受到了广泛的关注。相比于零带隙的石墨烯，二维半导体材料如MoS2，WSe2等具有一定宽度的带隙，使其可以广泛应用于各种光电器件（包括存储器、探测器和晶体管等）。魏钟鸣课题组针对二维半导体及光电器件进行了长期的探索，围绕材料的设计、制备和器件应用已经取得一些进展，部分材料在场效应晶体管和光探测器等方面显示出较好的性能。作为一种特殊的光电器件，偏振光探测器在光通信、成像等领域有非常重要的应用，魏钟鸣在报告中主要针对新型二维半导体在偏振光探测方面的原型器件和工作机理进行汇报。发现具有二维层状堆积晶体结构和面内各向异性的GeSe与GeAs等材料表现出优异的偏振光探测性能，并且探测波段从可见区覆盖到红外区，这两种材料都在808 nm的短波近红外区获得最优性能。报告题目：高性能低维半导体器件报告人：北京大学微纳电子学系研究员 吴燕庆超薄二维材料体系具有丰富的能带结构与优异的电学特性，可用来实现高性能逻辑、射频与存储器件。其超薄体特性可在超短沟器件中有效抑制短沟道效应。基于二维材料体系的垂直范德华异质结可突破传统体材料异质结的结构限制，实现超越传统器件的功能，并大幅提升性能。纳米尺寸的短沟道器件以及与硅基工艺相兼容的二硫化钼晶体管具有优异的输出特性，其输出电流可超过1mA/µm。基于大面积生长工艺的双层二硫化钼射频晶体管的最大振荡频率峰值可达到23 GHz，基于柔性衬底的混频器也可工作在GHz频段。基于面内各向异性最佳输运方向，沟长为100 nm的黑磷晶体管室温驱动电流达到1.2 mA/ µm，20 K时进一步提高到1.6 mA/µm。室温下其弹道输运效率达到36%，在低温20 K时提高到79.4%。基于上述两种二维材料的范德华异质结可实现电压可调的可重构多值逻辑，并且在超浅垂直异质结中可实现超高整流比与开关比。因此基于范德华异质结的量子隧穿器件具有优异的特性和极大的潜力。此外，在基于超薄4nm的氧化铟锡半导体的短沟道器件中实现了开关比超越1010的超低功耗器件，最短沟长可以达到10nm，并且实现了相关的环振电路，振荡频率为氧化物半导体中最高。并实现了极高的反相器增益及射频增益。低维材料高性能电子器件可为未来后摩尔时代提供具有应用潜力的新一代电子器件。报告题目：低维半导体载流子动力学调控报告人：南京大学教授 王枫秋低维半导体是发展新一代微纳电子和光电子器件的重要技术路径。从微观层面操控低维半导体载流子及载流子激发态的基本性质（如迁移率、寿命、弛豫通道、极化率等），是提升器件宏观性能并发展新原理光电器件的关键。近年来，王枫秋课题组聚焦二维半导体、碳基材料及其异质结构，深入开展限域体系载流子弛豫机制和新型光电器件研究，主要代表成果：（1）提出系列具有普适性的载流子动力学调控策略，实现了两类重要体系载流子寿命宽谱、大范围调制，一项成果入选“2017中国光学十大进展”。（2）首创全碳异质薄膜光探测器结构，解决光电导增益和响应速度协同优化难题，率先实现“光学神经元”新概念器件。（3）发展了低维半导体超快光开关技术，突破宽波段覆盖和参数精控两大实用化技术瓶颈，多项指标保持世界纪录。报告题目：新型二维半导体在集成电路中的可行性和优势报告人：复旦大学研究员 包文中近年来作为学术界研究热点的二维材料，也逐渐引起了工业界的关注。最新的国际器件与系 统发展路线图（IRDS 2020）高度评价了二维半导体材料在未来集成电路中应用于叠层纳米片晶体管及其他新型能带调控器件的巨大潜力。在此背景下，包文中课题组在实现批量生长高质量晶圆级二维材料的基础上，系统性的发展了多个可实用的工艺新方法，包括有效的掺杂、金半接触和栅介质生长等分立工艺。在此基础上开创性的提出了二维材料工艺集成的新方法，从而开发了二维材料的集成电路成套流片工艺。结合器件紧凑模型和电路仿真优化，我们成功制作了传统的数字、模拟、存储电路；同时，还充分发挥二维材料的独特优势，提出多种开创性的器件结构。报告题目：硅/石墨烯宽光谱红外探测器报告人：浙江大学教授 徐杨徐杨课题组研究了一种用于中红外光电探测的宏观组装石墨烯（MAG）纳米膜/硅异质结。高结晶度的MAG通过氧化石墨烯的可扩展湿法组装，然后进行热退火制备，厚度可调（14-60 nm），尺寸可以达到2 英寸。MAG/Si肖特基二极管在室温下响应波段范围为1- 4 μm，具有高速响应（120-130 ns，4 mm2窗口）和高探测率（1.5 μm波长下为1011 Jones），其瞬态光电流性能优于单层石墨烯/硅光电探测器2个数量级以上。这种光电性能归功于MAG的优越优势（~ 40%的光吸收、~ 23 ps 的载流子弛豫时间、相对较低的功函数 (4.52 eV) 和高准平衡热载流子倍增增益）、原子尺度的异质结接触界面，以及来自硅的碰撞电离雪崩倍增增益（~102倍）。MAG提供了一个了解2D材料中的热载流子动力学的平台，也为探索新型室温下宽光谱碳硅融合的图像传感器提供了研究基础。报告题目：局域场调控红外探测器研究进展报告人：中科院上海技物所青年研究员 王鹏随着半导体技术的快速发展，光电探测技术取得了长足进步。其中，以Si、InGaAs、HgCdTe等为代表的传统半导体薄膜光电探测器以其成熟的集成技术与稳定的探测性能在商业化产品与国防军工等领域占据主导地位，且已广泛应用于地球观测、环境监测、目标识别、空间遥感等领域。目前，新一代光电探测技术正朝着高性能、大面阵、低噪声以及高工作温度等方向发展，对光电探测材料与器件提出了更高的要求。低维半导体材料表现出明显区别于经典体系的物性特征，载流子输运、光学跃迁等物理行为具有可控的量子特性，产生许多新颖的物理性质和效应，并以此形成的具有颠覆性意义的光电技术在性能指标上超越传统器件的理论极限，对现有红外探测体系是很好的补充。因此，不断深入和优化现有材料体系的同时，持续开展新材料、新结构的研究和开发，是光电探测器技术发展的必然要求。本次报告将围绕新一代红外探测器技术的发展需求，介绍当前研究现状，汇报我们在局域场调控红外探测器研制与新颖探测机理研究等方面进展。

一、会议概述半导体产业作为现代信息技术产业的基础，已成为社会发展和国民经济的基础性、战略性和先导性产业，是现代日常生活和未来科技进步必不可少的重要组成部分。当前，全球半导体科技和产业的竞争愈演愈烈，各国围绕提升半导体领域竞争力，相继出台了一系列政策举措。半导体行业归根结底属于设备类行业，行业内素有“一代设备，一代工艺，一代产品”的说法。SEMI在SEMICON Japan 2022上发布了《2022年度总半导体设备预测报告》。报告指出，原设备制造商的半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年创下1085亿美元的新高，连续三年创纪录，较2021创下的1025亿美元行业纪录增长5.9％。基于此，仪器信息网联合电子工业出版社于四、五月将启动“半导体主题月”活动。活动同期，仪器信息网与电子工业出版社特于5月10-11日组织召开第二届“半导体工艺与检测技术”主题网络研讨会。会议旨在邀请领域内专家围绕半导体产业常用的工艺与检测技术，从各种半导体制造工艺及其检测技术等方面带来精彩报告，依托成熟的网络会议平台，为半导体产业从事研发、教学、生产的工作人员提供一个突破时间地域限制的免费学习、交流平台，让大家足不出户便能聆听到精彩的报告。（相关链接：半导体主题月_专题）主办单位：仪器信息网电子工业出版社直播平台：仪器信息网网络讲堂平台会议官网：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Semicon2023/会议形式：线上直播，免费报名参会（报名入口见会议官网或点击上方图片）二、会议日程第二届“半导体工艺与检测技术”网络会议5月10日薄膜沉积与外延及其检测技术09:30--10:00离子束溅射镀膜技术及其应用王晓东（中国科学院半导体研究所 研究员）10:00--10:30ICPMS在半导体行业的应用付玉（德国耶拿分析仪器有限公司 应用工程师）10:30--11:00硅光传感技术与工艺杨妍（中国科学院微电子研究所 研究员杨妍）11:00--11:30湿敏薄膜制备与第三代半导体器件研究代建勋（大连理工大学 助理教授）光刻与刻蚀及其检测技术14:00--14:30广义芯片特种紫外光刻设备研发胡松（中国科学院光电技术研究所 研究室主任/研究员）14:30--15:00海洋光学微型光谱仪在半导体领域的应用卢坤俊（海洋光学 资深技术&应用专家）15:00--15:30特种传感芯片专用光刻设备刘俊伯（中国科学院光电技术研究所 副研究员）15:30--16:00干法刻蚀的创新和挑战张忠山（中国科学院物理研究所 副主任工程师）5月11日半导体封装及其检测技术09:30--10:00面向芯粒集成的先进封装工艺探索刘书利（ 中科芯集成电路有限公司 微系统制造研发部副经理）10:00--10:30光学显微镜在半导体封装工艺中的应用徕卡显微系统10:30--11:00半导体集成电路封装及检测张乐银（华东光电集成器件研究所 所级关键技能带头人）11:00--11:30集成电路设计与封装技术的协同优化陈春章（鹏城实验室 研究员）半导体失效分析及沾污检测14:00--14:30碳化硅MOS器件可靠性考核体系的探讨郭春生（北京工业大学 副教授）14:30--15:00国产无机质谱在半导体工艺检测中的应用和进展陈磊（北京莱伯泰科仪器股份有限公司 ICP-MS产品经理）15:00--15:30半导体制程中痕量金属离子检测张君峰（苏州赛米肯分析技术有限公司 实验室经理）15:30--16:00半导体实验中器皿洁净度控制方案张迪（天津语瓶仪器技术有限公司 应用工程师）16:00--16:30电子化学品中痕量阳离子检测技术和应用实例李春华（上海市计量测试技术研究院 集成电路产业中心主任/高工）三、 会议联系会议内容（欢迎广大产业链的从业人士联系）：康编辑（仪器信息网）15733280108 kangpc@instrument.com.cn会议赞助：刘经理 15718850776（同微信） liuyw@instrument.com.cn四、报名通道1、点击链接或扫描下方二维码参会: https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Semicon2023/2、添加小助手报名（备注会议名称）：欢迎大家踊跃报名！

经过数十年发展，半导体工艺制程已逐渐逼近亚纳米物理极限，传统硅基集成电路难以依靠进一步缩小晶体管面内尺寸来延续摩尔定律。发展垂直架构的多层互连CMOS逻辑电路以实现三维集成技术的突破，已成为国际半导体领域积极探寻的新方向。在2023年12月美国旧金山召开的国际电子器件会议（IEDM）中，三星、台积电等半导体公司争相发布相关研究计划。由于硅基晶体管的现代工艺采用单晶硅表面离子注入的方式，难以实现在一层离子注入的单晶硅上方再次生长或转移单晶硅。虽然可以通过三维空间连接电极、芯粒等方式提高集成度，但是关键的晶体管始终被限制在集成电路最底层，无法获得厚度方向的自由度。新材料或颠覆性原理因此成为备受关注的重要突破点。近日，中国科学院大学周武课题组与山西大学韩拯课题组、辽宁材料实验室王汉文课题组、中山大学候仰龙课题组、中国科学院金属所李秀艳课题组等合作，提出了一种全新的基于界面耦合的p型掺杂二维半导体方法。该方法采用界面效应的颠覆性路线，工艺简单、效果稳定，并且可以有效保持二维半导体本征的优异性能。在此基础上，该研究团队利用垂直堆叠的方式制备了由14层范德华材料组成、包含4个晶体管的互补型逻辑门NAND以及SRAM等器件（如下图所示）。这一创新方法打破了硅基逻辑电路的底层“封印”，基于量子效应获得了三维（3D）垂直集成多层互补型晶体管电路，为后摩尔时代未来二维半导体器件的发展提供了思路。据“ 中国科学院大学”介绍，该掺杂策略预期可广泛适用于TMD材料与具有高功函数的层状绝缘体之间的界面，有望推动半导体电路先进三维集成的进一步发展。目前，该项由中国科学家主导的半导体领域新成果以“Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic”为题于2024年5月29日在Nature杂志在线发表。原文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-024-07438-5

半导体材料作为半导体产业链中的重要支撑，包括以硅、锗等为代表的元素半导体材料和以砷化镓、磷化铟、碳化硅和氮化镓为代表的化合物半导体材料，广泛应用于通讯、计算机、消费电子、汽车电子以及工业应用等众多产业。 半导体材料的发展和进步离不开先进的材料表征技术支撑。HORIBA作为检测及分析技术的领先供应商，可为半导体产业提供多种分析及检测技术。在材料表征技术方面，可为半导体材料研发及QC提供多种分析技术，包括薄膜厚度测量、晶型、应力、器件结温、缺陷、杂质、元素含量以及CMP研磨液粒径表征等；在制程监控环节， HORIBA可提供质量流量控制、化学药液浓度监测、终点检测及光掩模颗粒检测等技术。本次仪器信息网特采访了HORIBA Scientific 科学仪器事业部大客户经理熊洪武先生，请他分享了HORIBA在半导体材料检测方面的技术与解决方案。HORIBA Scientific 科学仪器事业部大客户经理 熊洪武熊洪武先生现任HORIBA Scientific 工业销售经理。进入分析仪器行业10年，负责HORIBA光栅光谱仪技术咨询和系统应用支持多年，对光谱测量系统选择有丰富的经验，具有光致发光光谱、拉曼光谱和荧光光谱等相关技术的应用经验。现主要负责HORIBA科学仪器在半导体等工业领域的应用推广工作。1、 请问贵司面向半导体行业用户推出了哪些仪器产品及相关检测方案？HORIBA针对半导体用户推测了多种检测方案，涉及到半导体的外延薄膜厚度及缺陷，衬底材料晶型，表面残余应力，器件结温，元素含量，多量子阱元素深度剖析以及CMP抛光液粒径分布检测等技术。仪器技术名称在半导体材料中的应用HORIBA仪器特点HORIBA推荐型号椭圆偏振光谱仪薄膜厚度、折射率、消光系数测量SiO2, SiNx等薄膜厚度测量，光刻胶等材料折射率消光系数PEM相调制技术的高稳定性高灵敏度可测量透明基底上的超薄膜UVSEL Plus拉曼光谱仪晶型、应力、温度、载流子浓度以及异物等分析；硅薄膜晶化率、SiC晶型、功率器件结温等，二维材料层数、晶格取向、缺陷以及掺杂等表征高光谱分辨率高空间分辨率宽光谱范围LabRAM Odyssey光致发光光谱仪带边发光/缺陷发光分析外延层质量及均匀性分析可选时间分辨光致发光（TRPL）研究载流子弛豫及扩散模块化结构设计可按需配置高光谱分辨率宽光谱范围SMS低温光致发光光谱仪测量硅单晶中硼、磷、铝、砷的元素含量超高光谱分辨率超低检测下限可提供定量标准曲线PL-D阴极荧光光谱仪缺陷检测，光强成像评价缺陷密度如线位错掺杂、杂质、包含物分析高效光学收集镜模块化光谱仪宽光谱范围探测H-CLUEF-CLUE辉光放电光谱仪元素含量随深度变化剖析LED多量子阱元素含量随深度剖析分析速度快操作简单无需制样GD Profiler 2碳硫分析仪 / 氧氮氢分析仪重掺硅中氧含量测量靶材中碳硫、氧氮氢元素含量测量清扫效率高高检测精度EMIA seriesEMGA series显微X射线荧光异物杂质分析、金属涂层厚度或凸点元素分析，封装布线中的离子迁移、缺陷、短路分析等高空间分辨率半真空模式XGT-9000激光粒度仪 / 纳米粒度仪CMP抛光液粒径分布及Zeta电位测量硅片切削液粒径分布测量全自动检测效率高可提供在线测量方案LA-960V2SZ-100V2离心式纳米粒度分析仪CMP抛光液高分辨率粒度分布测量可捕捉少量的杂质或团聚体高分辨率测量粒径分布制冷功能保持样品恒温CN-3002、 这些仪器主要解决半导体行业中的哪些问题？（相关检测项目在半导体行业中的重要意义）以椭圆偏振光谱仪为例，可以准确测量12寸硅晶圆上SiO2超薄膜的厚度，还为研发ArF光刻胶提供折射率消光系数的测量等，为国产替代材料的研发提供准确的标准工具；而拉曼光谱仪则可为功率半导体研究提供如衬底晶型鉴别，应力大小及分布测量以及功率器件结温测试等，在二维材料方面，由于其独特的特性，有望突破硅基器件面临的“瓶颈”而受到重视，拉曼光谱在二维材料层数、晶格取向、缺陷以及掺杂等表征方面发挥着重要作用；在光致发光（PL）方案中，除了提供常用的常温PL测量材料缺陷及均匀性外，还可以提供低温PL检测硅单晶中低至ppta级的P，B，Al，As元素的浓度，可为电子级多晶硅生产厂商的超低杂质含量检测提供有力手段；在元素表征方面，HORIBA拥有碳硫、氧氮氢分析仪，可为靶材元素分析、硅片中氧含量测量提供高灵敏的检测手段，辉光放电光谱仪（GD-OES）可为多量子阱结构元素深度剖析提供快速测量手段，而显微X射线荧光分析仪，可以为半导体封装过程中的狭窄图案涂层测厚或凸点元素成分分析，以及集成电路封装布线中的离子迁移、缺陷、短路分析等提供高空间分辨率的元素分布检测，同时在半导体生产过程中的异物分析过程中也发挥着不可或缺的作用。3、 贵司的仪器产品和解决方案具有什么优势？（原理、技术、成本、精度等方面的优势）以光谱仪类测量仪器为例，HORIBA是多种焦长光谱仪的供应商，可以覆盖从低到高光谱分辨率的应用需求，比如拉曼光谱仪和光致发光光谱仪拥有多种型号，满足各种光谱分辨率需求的应用。以拉曼光谱测量半导体材料应力和器件结温为例，光谱的峰位变化往往非常小，那么光谱分辨率越高，对峰位的定位就越准确，有助于区分微小的拉曼峰位位移；对低温PL测量硼、磷、铝、砷元素含量，光谱分辨率越高，对相邻的峰就越容易分开，尤其是在测量铝和砷元素浓度时，对光谱分辨率要求非常高，需要采用长焦距光谱仪以达到超高光谱分辨率的要求。4、当前，国内半导体用户是否对某类仪器提出了更高的技术要求（可举例说明）？贵司对此是否有相关应对之策？随着集成电路技术的进步和先进制程节点的推进，CMP工艺在集成电路中使用的使用也越来越多，对CMP材料种类和用来也在增加，并且对CMP抛光液材料也提出了更高的要求，例如对一些金属氧化物的纳米颗粒研磨液中的颗粒粒径分布，采用传统的粒度仪难以进行高精度的测量，而HORIBA推出的离心式纳米颗粒度分析仪CN-300是按粒径大小离心分类后进行测量的，可以一次测量就能得到宽范围的高精度结果，并且由于其高分辨率可以捕获到少量的杂质颗粒，这对应更高要求的CMP研磨液的研发来说极为重要。5、贵司当下比较关注的细分材料领域有哪些，是否会推出相关的仪器产品或解决方案？可以为用户解决什么科研难题？ HORIBA科学仪器部门当前比较关注的半导体细分材料领域主要在两个方面：一个是在工业应用中的大硅片、光刻胶以及化合物半导体材料等领域；另外一个是在科研领域，主要包括二维材料等先进材料；我们已经陆续与一批客户进行合作并推出相应的解决方案，可以为用户提供薄膜厚度、分子结构、元素以及材料粒径分布等方面的分析表征解决方案。此外，我们在HORIBA的上海研发中心成立了科学仪器应用方案开发中心，计划针对半导体产业中可能应用到的相关技术与用户进行合作并进行相应的方法开发，为用户提供相应的解决方案。【行业征稿】若您有半导体行业相关研究、技术、应用、管理经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：康编辑word图文投稿邮箱：kangpc@instrument.com.cn微信/电话：15733280108

仪器信息网讯 2021年10月28日，由胜科纳米（苏州）股份有限公司主办，江苏省纳米技术产业创新中心、中国半导体行业协会MEMS分会、苏州纳米科技发展有限公司共同合办的“第四届纳博会半导体分析测试应用论坛（ 2021 4th Symposium for Semiconductor Failure Analysis & Application，即第四届纳博会分析测试应用研讨会）”将在“第十二届中国国际纳米技术产业博览会（CHInano 2021）”同期举办，仪器信息网将作为协办单位全程报道论坛议程。会议官网：http://www.chinanosz.com/cata2021.html 一、会议组织机构主办单位：胜科纳米（苏州）股份有限公司合办单位：江苏省纳米技术产业创新中心中国半导体行业协会MEMS分会苏州纳米科技发展有限公司协办单位：赛默飞世尔科技日立科学仪器有限公司蔡司中国高德英特（北京）科技有限公司爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司仪器信息网二、会议介绍在科技部和中国科学院指导下，从2010年开始苏州工业园区举办一年一届的“中国国际纳米技术博览会”（英文“CHInano Conference & Expo”, 以下称“纳博会”），目前已成功举办十一届，经过多年积累，中国国际纳米技术产业博览会已成为中国影响力最广的纳米技术交流盛会。胜科纳米（苏州）股份有限公司联合江苏省纳米技术产业创新中心，于2018年第九届纳博会开始，同期举办“纳博会分析测试应用研讨会”。三年来，分析检测论坛得到了企业、行业协会、高校及科研院所等单位的大力支持，三年累计吸引了1000余名半导体与集成电路领域的专业人士参会。2021年“第四届纳博会分析测试应用研讨会”将围绕射频芯片、滤波器芯片、功率半导体等的测试分析，为半导体相关企业进行技术和案例的分享与研讨。今年分析检测论坛设4大主题（详见三），我们将邀请多名国内外半导体领域的专家、学者、企业家、工程师分享相关的分析测试技术案例，探讨半导体分析检测技术发展应用趋势。三、会议日期和地点时间：2021年10月28日地点：苏州国际博览中心B1馆会议规模：350人四、会议主题2021第四届纳博会半导体分析测试应用论坛特设主题：1、射频、滤波器、功率半导体等芯片的故障分析方案2、物理分析技术、表面/化学分析技术在材料表征、失效分析和质量保证中的应用3、TEM、SEM & Nanoprobing等高端制备技术及应用4、集成电路及显示器件失效分析和材料分析表征2021 4th Symposium for Semiconductor Failure Analysis & Application:1. FA case study of RF IC、Filter IC and Power Device2. Application of Physical Failure Analysis and Surface/Chemical Analysis techniques in Materials Characterization, Failure Analysis and Quality Assurance3. TEM, SEM and Nanoprobe Techniques and Applications4. Failure Analysis and Materials Analysis & Characterization for IC and Display Device五、参会对象新材料、集成电路、半导体、电子元器件、光伏、LED、LCD、OLED、触控显示、航空航天等广泛领域科研院所专家、学者；企业界管理层、质量、研发、生产部门的技术人员及管理人员六、会议日程Date: Oct. 28日期： 10 月 28 日Location:B1 Exhibition Hall Room 1地点： B1会议室1Time时间Speaker演讲人Speaker ’s Position / Organization and Speech Title职位/机构及演讲主题08:55-09:00李晓旻胜科纳米（苏州）股份有限公司董事长开场及欢迎致辞09:00-09:25池保勇清华大学微电子所副所长集成电路技术的发展与创新09:25-9:50王宏宇Bosch Sensortec 亚太区总裁智能算法、嵌入式AI和MEMS传感器——日常生活中的“隐形”小明星9:50-10:15宋喆燮三星半导体代工中国区总经理代工解决方案：助力中国芯片设计的明天10:15-10:30茶歇10:30-10:55李召兵北京知存科技有限公司副总存算一体芯片11:00-12:00圆桌论坛12:00-13:30午餐13:30-13:55赖李龙资深行业专家集成电路及元器件失效分析和纳米尺度表征13:55-14:20陈耿浙江睿熙科技有限公司经理VCSEL 及其在消费电子、数通和车载领域的应用14:20-14:45华佑南胜科纳米（苏州）股份有限公司副总晶圆制造中晶体管栅极氧化层新型失效分析技术的研究与应用14:45-15:10曹潇潇赛默飞助力良率提升及先进研发--赛默飞失效分析解决方案的新进展15:10-15:30茶歇15:30-15:55周鸥日立科学仪器（北京）有限公司部长日立电子显微镜系列产品在半导体行业的应用能力15:55-16:20黄承梁卡尔蔡司（上海）管理有限公司经理蔡司显微镜的半导体晶片级和封装级失效分析解决方案16:20-16:45鞠焕鑫高德英特（北京）科技有限公司应用科学家PHI表面分析技术（XPS/AES/TOF-SIMS）在产业中的应用16:45-17:10潘晨亮爱斯佩克测试科技（上海）有限公司实验室负责人、试验部部长可靠性测试在半导体领域的应用17:10-17:30抽奖活动七、同期展会CHInano 2021 第十二届中国国际纳米技术产业博览会博览会官网：http://www.chinanosz.com/中国最具影响力的纳米技术交流盛会“CHInano 2021中国国际纳米技术产业博览会”（CHInano），是中国最具权威、规模最大的纳米技术应用产业国际性大会。 大会由峰会(主报告、专题技术分会、应用论坛)、展览、行业大赛、对接会等部分组成，重点聚焦纳米新材料、微纳制造、MEMS、第三代半导体、能源与清洁技术、纳米生物技术等产业领域，打造国际纳米技术产业交流合作平台。CHInano 2021 is the most authentic and largest international conference of nanotech application industry in China. It consists of summits (keynote report, meetings on specific topics, application forums), exhibition,industry competition,matchmaking sessions, etc. Focusing on nano new materials, micro-nano manufacturing, MEMS, compound semiconductor,energy and clean technology, nano-biological technology and other fields, CHInano is aiming to establish a platform for facilitating collaborations in the international nanotech community.七、参会联系方式本次研讨会设定规模350人，不收注册费。8月30日前报名，享免费午餐与茶歇。报满为止。观众报名通道现已开通，现场活动奖品丰厚，欢迎踊跃参与观众参会/参展登记：https://chinanosz.7-event.cn/Base/Login?lng=cn# 扫描二维码报名组委会联系方式：参会联系人：陆 炜 联系方式：15050142680 邮箱地址：l uw@nanopolis.cn参展/赞助联系人：万成东（纳博会） 联系方式：13584824068 邮箱地址：wancd@nanopolis.cn郑海鹏（半导体分析测试论坛）联系方式：13914033396 邮箱地址：haipeng@wintech-nano.com

碳元素与硅元素同属第四主族，其原子最外层有四个未配对电子，可形成四根共价键。例如金刚石与单晶硅分别是碳原子和硅原子以sp3杂化方式与临近的四个原子成键形成的稳定结构。原则上，碳原子和硅原子可以以任意的比例互换，组成SixCy的一大类具有闪锌矿结构的晶体材料。理论预言表明，二维的SixCy晶体可以以蜂窝状结构稳定存在，随着碳硅比例的不同具有大范围可调节的带隙，从而产生丰富的物理化学性质，引起了研究人员广泛的关注。然而，自然界中的硅原子并不喜欢sp2杂化方式的平面二维结构，碳硅化合物晶体多数不存在像石墨一样的层状体材料。因此，常规的机械剥离方法并不适用于制备二维碳化硅材料。已有的实验报道包括利用液相剥离和扫描透射电子显微镜电子束诱导等手段获取准二维SiC和SiC2材料，然而这些材料存在着厚度不均一、尺寸太小以及无法集成等问题。因此，发展一种新的实验手段获取高质量、大尺寸的单晶二维碳化硅材料具有重要意义。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室高鸿钧研究团队利用组内自主设计研发的分子束外延-低温扫描隧道显微镜联合系统，对石墨烯硅插层技术进行了优化，并将其应用于二维碳化硅材料的构筑，成功在钌和铑两种单晶表面生长出大面积、高质量、单晶的单层Si9C15材料。他们首先在金属钌（铑）单晶表面生长获得高质量单层石墨烯，然后在石墨烯上沉积过量的硅，在1400 K高温下退火得到了厘米量级的单层碳化硅材料（图一）。他们进一步结合扫描隧道显微镜、扫描透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征手段和第一性原理计算，确定该二维材料是组分为Si9C15的翘曲蜂窝状结构（图二，图三）。蜂窝状结构由碳-碳六元环和碳-硅六元环组成，每个碳-碳六元环被十二个碳-硅六元环所包围。扫描隧道谱显示该二维材料表现出半导体特征，能隙为1.9eV（图四）。值得一提的是，单层Si9C15晶体具有较好的空气稳定性。制备的二维单晶样品在直接暴露空气72小时后重新传入超高真空腔体，在870 K退火1小时之后可以看到晶体结构几乎没有受到破坏（图五）。该项研究首次获得了大面积、高质量的单晶二维碳化硅材料。计算结果还显示在不同晶格常数的金属单晶衬底上有可能生长出不同碳硅比的二维材料，揭开了利用外延生长获取二维碳化硅材料的序幕。相关成果以“Experimental realization of atomic monolayer Si9C15”为题发表于Advanced Materials上。该工作与中国科学院大学的周武教授和国家纳米中心的张礼智研究员进行了合作。博士高兆艳、博士生徐文鹏、博士后高艺璇和博士后Roger Guzman为论文共同第一作者，李更、张礼智、周武和高鸿钧为共同通讯作者。该工作得到科技部（2019YFA0308500, 2018YFA0305700, 2018YFA0305800）、国家自然科学基金（61888102,51991340,52072401）、中国科学院（YSBR-003）和北京杰出青年科学家计划（BJJWZYJH01201914430039）等的支持。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204779 图一：单层Si9C15材料的获取。图二：二维Si9C15材料的原子构型图三：STEM图像证实二维Si9C15材料的存在。图四：二维Si9C15材料的电子结构。图五：二维Si9C15材料具有较好的空气稳定性。【近期会议推荐】仪器信息网将于2022年8月30-31日举办第五届纳米材料表征与检测技术网络会议，开设“能源与环境纳米材料”、“生物医用纳米材料”“纳米材料表征技术与设备研发（上）”、“纳米材料表征技术与设备研发（下）”4个专场，邀请20余位领域内专家，围绕纳米材料热点研究方向，从成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表界面分析等主流分析和表征技术带来精彩报告。会议涉及热点研究方向：电极材料、医药材料、多铁/铁电材料、电子敏感材料、超宽禁带半导体材料......会议包含表征与检测技术：冷冻电镜、透射电镜、扫描电镜、扫描隧道能谱、X射线光电子能谱、纳米粒度及Zeta电位仪、超分辨荧光成像、表面等离子体耦合发射、荧光单分子单粒子光谱、磁纳米粒子成像、拉曼光谱、X射线三维成像......为纳米材料工作者及相关专业技术人员提供线上学术与技术交流的平台，帮助大家迅速掌握纳米材料主流分析和表征技术，共同提高纳米材料研究及应用水平。（点击此处进入会议官网，免费报名参会）

台式三维原子层沉积系统-ALD体积小巧，可放在实验桌上多片4，6，8 英寸样品同时沉积厚度均匀性高于99%适合复杂/ 掺杂薄膜沉积二维半导体表面沉积利器...... 随着现代半导体行业的发展，基于硅半导体的场效应晶体管（FET）的尺寸不断缩小，目前已经接近其物理极限。在新兴材料中，二维半导体可达到原子级厚度且保持高载流子迁移率，理论上可实现优异的栅极控制，因而被认为是用于下一代场效应晶体管的理想沟道材料。然而，由于二维半导体表面无悬挂键，很难在其表面集成高质量的介电层，这是目前该领域的重大难题。 为解决上述问题，华中科技大学翟天佑团队以无机分子晶体Sb2O3作为缓冲层，发明了一种在二维材料表面集成超薄高k介电层的普适性方法。利用该缓冲层法制备的HfO2/Sb2O3复合介电层可实现0.67 nm的等效氧化层厚度（EOT），是目前报道的二维晶体管介电层中zui低的。高质量的界面降低了界面态密度，由单层MoS2沟道和HfO2/Sb2O3复合介电层构成的FET在0.4 V的超低工作电压下即可获得超过106的开关比，其栅极控制效率优于目前报道的其他所有FET。该项成果以“Scalable integrationof hybrid high-κ dielectric materials on two-dimensional semiconductors”为题发表于国际高水平期刊Nature Materials。 Sb2O3缓冲层的作用机理如下：一方面，Sb2O3可与二维半导体间形成高质量的范德华界面；另一方面，Sb2O3覆盖了二维材料原有的疏水表面，提供了高度亲水的表面，提升了与传统原子层沉积（ALD）工艺的相容性，便于集成超薄高k介电层。图1a展示了在MoS2二维半导体表面集成HfO2/Sb2O3复合介电层的过程。作者利用热蒸镀法制备了Sb2O3缓冲层，随后使用美国Arradiance公司的GEMStar系列台式原子层沉积(ALD)系统制备了致密均匀的HfO2层（图1b）。此外，作者还利用该台式ALD设备在MoS2/Sb2O3上生长了常见介电层Al2O3和ZrO2(图1c, 1d)，证明了该方法的普适性。图1. （a）在MoS2二维半导体表面集成HfO2/Sb2O3复合介电层的过程,(b)-(c)样品的AFM图像。 随后，作者用第一性原理计算研究了Sb2O3缓冲层对ALD过程的促进原理。如图2a-2b所示，H2O分子在MoS2表面的吸附距离为约3&angst ,在Sb2O3表面的吸附距离减小至约2&angst ，接近于水中氢键的长度。同时，H2O分子在Sb2O3表面的吸附能大幅高于在MoS2表面的吸附能（图2c）。上述结果表明Sb2O3缓冲层可促进ALD过程中的前驱体吸附，有助于介电层的生长。图2. H2O分子在(a)MoS2和（b）Sb2O3表面的吸附构型，（c）H2O分子在MoS2和Sb2O3表面的吸附能。 本文所使用的美国Arradiance公司的GEMStar系列台式原子层沉积系统如图3所示，在小巧的机身（78 * 56 * 28 cm）中集成了原子层沉积所需的所有功能，可容纳9片8英寸基片同时沉积。全系配备热壁，结合前驱体瓶加热，管路加热，横向喷头等设计，使温度均匀性高达99.9%，气流对温度影响减少到0.03%以下。高温度稳定度的设计不仅可在8英寸基体上实现厚度均匀的膜沉积（其厚度均匀性高于99%），而且适合对具有超高长径比孔径的3D结构进行均匀薄膜覆盖，在高达1500：1长径比微纳深孔内部也可均匀沉积。此外，该设备还具有节约前驱体原料，制备效率高，性价比高等优点。该设备已帮助国内外用户取得大量Nature、Science级别的研究成果。图3. 美国Arradiance公司生产的GEMStar系列台式三维原子层沉积系统参考文献：[1]. Scalable integration of hybrid high-κ dielectric materials on two-dimensional semiconductors. Nat. Mater., 2023, DOI:10.1038/s41563-023-01626-w

沙特阿卜杜拉国王科技大学科学家在27日出版的《自然》杂志上发表论文指出，他们成功将二维材料集成在硅微芯片上，并实现了优异的集成密度、电子性能和良品率。研究成果将帮助半导体公司降低制造成本，及人工智能公司减少数据处理时间和能耗。微芯片内的设备和电路的光学显微镜图像。图片来源：《自然》杂志网站二维材料有望彻底改变半导体行业，但尽管科学家们研制出了多款类似设备，但技术制备水平较低，因为大部分技术使用与目前的半导体工业不兼容的合成和加工方法，在无功能的基板上制造出大型器件，且成品率较差。例如，IBM曾试图将石墨烯集成到用于射频应用的晶体管中，但这些器件无法存储或处理信息。最新研究将名为多层六方氮化硼的二维绝缘材料（约6纳米厚），集成到包含由互补金属—氧化物半导体技术制成的硅晶体管的微芯片内，实现了优异的集成密度、电子性能和良品率。研究人员表示，研制出的器件宽度仅260纳米，能用于高级数据存储和计算。未来大多数微芯片将会利用这些二维材料优异的电子和热属性。最新制造出的微芯片显示出了高耐久性和特殊的电子性能，使制备出功耗极低的人工神经网络成为可能。人工神经网络是人工智能系统的关键组成部分，但现有大多数设备都不适合实现这种类型的神经网络，最新研究为此开辟了一条新途径。此外，最新研究有望帮助微芯片制造商和人工智能公司开发新硬件，以减少数据处理时间并降低能耗。研究人员强调，最新研究对纳米电子和半导体领域来说具有重要意义，因为所生产的器件和电路性能优异，且具有深远的工业应用潜力。