氧化铟锡

【科学背景】三维垂直集成技术是当今集成电路领域的研究热点，通过在单一衬底上堆叠多层器件，可以实现高密度、能效高且低成本的集成电路。然而，开发可扩展的三维薄膜晶体管（TFT）集成工艺面临诸多挑战。传统的制造方法如晶片-晶片结合存在低功率密度、高温处理及缺乏标准化等问题，限制了其广泛应用。为了克服这些挑战，沙特阿卜杜拉国王科技大学Saravanan Yuvaraja，Xiaohang Li等人合作在“Nature Electronics”期刊上发表了题为“Three-dimensional integrated metal-oxide transistors”的研究论文。科学家们提出了在室温下在硅/二氧化硅衬底上单片式三维集成氧化铟（In2O3）TFT的方法。这种方法与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，能够堆叠多达十层的n型通道In2O3 TFT，并制造不同结构的器件，包括底栅、顶栅和双栅TFT。研究结果显示，双栅器件表现出优异的电性能，如最大场效迁移率达到15 cm2 V&minus 1 s&minus 1，亚阈摆幅为0.4 V dec&minus 1，开关比高达108。通过在不同位置单片集成双栅In2O3 TFT，科学家们还成功创建了具有高信号增益和良好噪声裕度的单极反相器电路。尽管在本研究中尚未制造垂直互连访问，但提出了潜在的制造方法，有望减少制造复杂性。这一研究为三维集成电路技术的发展提供了新的思路和解决方案，推动了在低成本、高效能集成电路领域的进一步探索与应用。【科学亮点】（1）实验首次在室温下实现了单片式三维垂直集成的氧化铟（In2O3）薄膜晶体管（TFT），采用了与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的方法。（2）实验通过堆叠十层n型通道的In2O3 TFT，在不同层次制造了底栅、顶栅和双栅TFT，展示了多种结构的器件。作者的研究结果表明，双栅TFT器件在电性能上表现出显著的提升，包括最高达到15 cm2 V&minus 1 s&minus 1的场效迁移率、0.4 V dec&minus 1的亚阈摆幅和高达108的开关比。（3）通过在不同位置单片集成双栅In2O3 TFT，作者成功创建了具有约50的信号增益和优良噪声裕度的单极反相器电路。这些双栅器件还允许微调反相器，以实现对称的电压传输特性和最佳的噪声裕度。【科学图文】图1： 氧化铟In2O3薄膜晶体管thin-film transistor，TFT的3D单片集成。图2. 制造垂直集成在10-S器件中的单个薄膜晶体管TFT的工艺步骤及其结构和元素分析。图3. 器件特性。图4. 使用垂直集成的In2O3 薄膜晶体管TFT制造的电压反相器电路和操作特性。图5. 可配置反相器电路的特性图。图6. 基准图表。【科学结论】本文探索并实现了在室温下将氧化铟（In2O3）薄膜晶体管（TFT）单片式三维集成的方法，这一创新不仅突破了传统集成电路制造的温度限制，还展示了可与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的技术路线。通过这一方法，研究团队成功在硅/二氧化硅（Si/SiO2）衬底上堆叠了多达十层的In2O3 TFTs，实现了各种不同结构的设计。实验结果显示，这些器件具有优异的电性能，包括高达15 cm2 V&minus 1 s&minus 1的场效迁移率、仅为0.4 V dec&minus 1的亚阈摆幅以及高达108的开关比，为未来高密度、能效高且低成本的集成电路提供了新的可能性。特别值得关注的是，通过在不同层次单片集成双栅In2O3 TFT，研究团队成功创建了性能优越的单极反相器电路，展示了高达50的信号增益和优异的噪声裕度。这不仅突显了三维垂直集成技术在电子器件设计中的潜力，还为实现更复杂、功能更强大的集成电路奠定了基础。参考文献：Yuvaraja, S., Faber, H., Kumar, M. et al. Three-dimensional integrated metal-oxide transistors. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01205-0

p style=" text-indent: 2em " 随着军事高技术的迅猛发展，世界各国防御体系的探测、跟踪、攻击能力越来越强，陆、海、空各兵种地面军事目标的生存能力以及武器系统的突防能力日益受到严重威胁。为了提高国防体系中地面军事目标的生存力与武器系统的突防和纵深打击能力，发展和应用隐身技术成为国防体系发展的重要方向。而隐身材料又是隐身技术最重要的环节。因而国内外近年来掀起了隐身材料的研究热潮。 目前己在使用和尚在研制的新型隐身材料有：宽频带吸波剂、高分子隐身材料、 手征隐身材料、纳米隐身材料等。而近年来关于纳米材料具有高的电磁波吸收系数越来越多的报道，引起了军事科技人员极大的兴趣。 /p p style=" text-align: center " & nbsp img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/0c54b75f-dafd-463e-812a-345c9518e969.jpg" title=" 1.jpg" / & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图一 新型隐身材料应用于军属领域 /span /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌也是纳米隐身材料中的研究热点之一。纳米氧化锌是一种非常有发展前途的新型军用雷达波吸收剂，具有轻质、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点。 /p p style=" text-indent: 2em " 一、纳米氧化锌的制备方法 /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌的化学制备方法种类繁多，新工艺层出不穷，如液体-固体-溶液相转移与分离法，但研究较多的主要有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热（溶剂热）法等。 /p p style=" text-indent: 2em " 1、沉淀法 /p p style=" text-indent: 2em " 沉淀法一般分为直接沉淀法与均匀沉淀法。直接沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂制得氧化锌前驱体，将其洗净后在一定温度下热分解得纳米氧化锌。常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵等。而前驱物为Zn(OH)2、Zn2(OH)2CO3等 。 /p p style=" text-indent: 2em " 2、溶胶-凝胶法 /p p style=" text-indent: 2em " 溶胶凝胶法是制备超微颗粒的一种湿化学法。其基本原理是将金属无机盐或 金属醇盐溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或与醇反应，反应生成物经聚集后，一般生成纳米级粒子并形成溶胶。 /p p style=" text-indent: 2em " 3、微乳液法 /p p style=" text-indent: 2em " 两种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定的、各向同性、外 观透明或半透明、粒径在1-100 nm的分散体系则称为微乳液。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。 /p p style=" text-indent: 2em " 4、水热（溶剂热）法 /p p style=" text-indent: 2em " 水热合成法是液相中制备超微颗粒的一种新方法。一般是在100-150oC温度 下和高气压环境下实现从原子、分子级的微粒构筑和晶体生长。溶剂为水称水热法，为其它溶剂如乙醇、异丙醇等时称溶剂热法。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/72a45ed5-3a7f-4aab-ac13-26fff845a89a.jpg" title=" 2.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图二 纳米氧化锌的SEM图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 二、纳米氧化锌作为隐身材料的基本原理及应用 /p p style=" text-indent: 2em " 隐身材料是用于降低军事目标可探测性的材料。材料隐身的基本原理是降低 目标自身发出的或反射外来的信号强度；或减少目标与环境的信号反差，使其低 于探测器的门槛值；或使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。目前雷达在各种探测器中仍占主导地位，因此雷达波隐身材料是隐身技术 中最主要和发展最快的隐身材料。雷达波隐身材料的基本性能要求是吸收雷达 波，因而这种材料又称为雷达吸波材料。 /p p style=" text-indent: 2em " 雷达吸波材料是通过吸收衰减入射的能量以减少反射能量，降低军事目标 可探测性。吸波原理通常是以下3类：一是雷达波作用于材料时，材料吸收雷达波的能量，并通过产生电导损耗、高频介质损耗、磁滞损耗等，使电磁能转化为热能散发掉；二是使雷达波在材料表面的反射波能量分散到目标表面的各个部 分，减少雷达接收天线方向上散射的电磁能；三是使雷达波在材料表面的反射波与进入材料后在材料底层的反射波叠加产生干涉相消。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7bdaafeb-819d-4b2c-9e93-7c6be4801a38.jpg" title=" 3.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图三 波与物质作用示意图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 氧化锌是一种直接带隙的多功能宽禁带新型无机半导体材料。在室温下禁带 宽度为3.37 eV，激子束缚能高达60 MeV，具有良好压电特性，在紫外光发射材料、透明导电、场发射显示器件、太阳能电池与气体传感器、紫外半导体光电器件材料方面有着广泛应用。近年来人们发现氧化锌是不错的吸波材料，引起了人们极大的兴趣。 /p p style=" text-indent: 2em " 纳米氧化锌是一种新型多功能的无机材料，在声、磁、光、电等方面具有很多优异性能，并且现在工业化生产各种形状的纳米氧化锌已得以实现，因此，随着研究的日益深入，纳米氧化锌将可能成为一类多功能复合型吸波隐身材料。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d0ebb66e-64b9-4619-8e93-c88086741f42.jpg" title=" 4.jpg" / /p p /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 图四 纳米氧化锌应用于隐身材料 /span /p

浸银是几种符合RoHS标准的表面处理方法之一，可保护基底铜免受氧化。作为一种薄浸镀镀层，它在电路板制造中的主要功能是作为可焊性防护层，为焊接处留出清洁的铜表面并可融入焊料。此外，在其整个使用寿命期间，银层有助于防止印刷电路板的铜发生氧化作用。 IPC-4553A条例详细说明了生产环境中浸银表面处理的参数，从而确保可重现的，稳定的焊接。IPC-4553A帮助制造商提高焊接的可靠性第一份浸银规范IPC-4553发布于2005年，反映了当时印刷电路板生产的主流实践，即两种可用的不同类型的商业浸银镀层指南（业内称之为“厚”和“薄”）。然而，随着时间的推移，“薄”镀层的使用逐渐减少，“厚”镀层逐渐成为行业常规。2009年，为反映这一现象，对该条例进行了更新，随后IPC-4553A便应运而生。修订后的规范的亮点在于对浸银镀层厚度规定了上限和下限要求。这对于制造过程中的质量控制和现场的部件可靠性至关重要。如果镀层厚度过薄，则铜会在焊接过程中氧化，生产中的焊接可能会失效。如果镀层太厚，焊接可能最终会被弱化并在现场失效。该条例旨在依据IPC J-STD-003针对12个月的保质期提供可靠的表面处理。除了表面厚度规格之外，IPC-4553A还提供了以下参数：孔隙率、附着力、清洁度、电解腐蚀、耐化学性和高频信号损耗。此外，由于银是一种活性物质，当其与硫结合时会失去光泽。因此，为最大限度地减少银表面与环境的接触，该规范还提供了包装和储存指南。本规范的未来版本可能会涵盖浸银表面处理的额外用途，如铝丝焊接和金属弹片触点。对XRF设备进行合规的正确校准IPC-4553A规范给出了特定焊盘尺寸（60× 60密耳）*的最大和最小银层厚度。这一点极为重要，因为镀层沉积的厚度会因镀位面积的大小而变化。镀层厚度采用X射线荧光仪器测量。但对于浸银厚度测量而言，设备的正确设置极其重要。本规范已给出了相关的详细指南，然而最重要的是对XRF设备定期进行严格校准。制造商必须使用铜上镀银的标准片校准，其镀层厚度和焊盘尺寸应与实际生产值的为同一数量级。日立分析仪器是IPC的成员，其大力推荐遵循IPC指南以实现印刷电路板表面处理的质量和可靠性，包括浸银。我们开发的XRF仪器与快速发展的PCB技术保持同步，旨在帮助您实现生产的一致性和可靠性。