数字晶体管测试仪

2022年7月18日，由工信部电子五所牵头起草的《用于硬开关电路的氮化镓高电子迁移率晶体管动态导通电阻测试方法》团体标准形成委员会草案，该项标准委员会草案按照CASAS标准制定程序，反复斟酌、修改、编制而成。起草组召开了多次正式或非正式的专题研讨会，得到了很多CASAS正式成员的支持。T/CASAS 005—202X《用于硬开关电路的氮化镓高电子迁移率晶体管动态导通电阻测试方法》基于GaN功率器件动态导通电阻测试的迫切需求，自2021年9月起，预提案单位工业和信息化部电子第五研究所、佛山市联动科技股份有限公司、东南大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、珠海镓未来科技有限公司等单位讨论确定启动标准制定的准备工作，一致认同基于硬开关电路的GaN HEMT电力电子器件动态电阻测试标准制定的必要性及迫切性；标准编制组于2021年9月~10月分别组织多次线上讨论会，修改完善标准提案所需材料：标准建议表、标准草案。2021年11月9日，来自工业和信息化部电子第五研究所、佛山市联动科技股份有限公司、东南大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、香港应科院、是德科技有限公司、泰科天润等单位的专家老师在线上（腾讯会议）召开了标准预提案讨论会，工业和信息化部电子第五研究所代表贺致远博士介绍了制定背景、GaN动态导通电阻测试现状、标准编制思路、草案内容以及测试实例。会议中对准备的文件进行了仔细深入的讨论。之后预提案单位形成提交给CSAS秘书处的项目提案材料。2021年11月9日，根据CASAS管理办法等管理文件，CASAS秘书处开展该项标准立项的程序性工作；于2月11日，经CASAS管理委员会投票通过，T/CASAS 005-202X《用于硬开关电路的氮化镓高电子迁移率晶体管动态导通电阻测试方法》团体标准立项。2022年3月1日，组建起草组。起草组成员包括：工业和信息化部电子第五研究所、佛山市联动科技股份有限公司、东南大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、英诺赛科（珠海）科技有限公司、佛山市国星光电股份有限公司等。起草组根据前期的意见征求情况，全面修改并完善了标准草案，并于4月初形成了征求意见稿。2022年4月1日，秘书处面向全体成员单位发送征求意见的通知；2022年6月9日，针对征求意见阶段收集的意见，秘书处组织召开了委员会草案初稿的讨论，并定向邀请相关专家扩大了范围讨论；2022年6月22日，针对动态电阻测试如何判定为稳定，重点邀请了珠海镓未来创始人吴毅锋教授、浙江大学吴新科教授等就持续脉冲、持续双脉冲、周期双脉冲等做了重点交流，认为几个连续双脉冲后，保证DUT栅极关断并漏源高压反偏的工作条件，会持续电子被陷阱捕捉的状态，然后再次连续双脉冲，会有效避免器件自热对测试结果的影响。2022年7月18日形成委员会草案。T/CASAS 005—202X《用于硬开关电路的氮化镓高电子迁移率晶体管动态导通电阻测试方法》规定了用于硬开关切换电路的GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）动态导通电阻测试方法。适用于进行GaN HEMT的生产研发、特性表征、量产测试、可靠性评估及应用评估等工作场景。可应用于以下器件：a) GaN增强型和耗尽型分立电力电子器件；b) GaN集成功率电路；c) 以上的晶圆级及封装级产品。

美国犹他大学的研究人员研制了迄今为止最小的等离子体晶体管，其可承受核反应堆的高温和离子辐射环境条件，有助于研制在战场上收集医用X射线的智能手机、实时监测空气质量的设备、无需笨重的镜头和X射线光束整形装置的X射线光刻技术。　　这种晶体管有潜力开辟适用于核环境工作的新一类电子器件，能用于控制、指引机器人在核反应堆中执行任务，也能在出现问题时控制核反应堆，在核攻击事件中继续工作。　　作为当代电子设备的关键组成元件，硅基晶体管通过利用电场控制电荷的流动来实现晶体管的打开或关闭，当温度高于550华氏度时失效，这是核反应堆通常工作的温度。而此次美研究人员将利用传导离子和电子的等离子体空气间隙作为导电沟道，研制了可在极高温度下工作的等离子体晶体管。它的长度为1-6微米，为当前最先进的微型等离子体器件的1/500，工作电压是其六分之一，工作温度高达华氏1450度。核辐射可将气体电离成等离子体，因此这种极端的环境更易于等离子体器件工作。

据美国物理学家组织网12月21日(北京时间)报道，德国科学家研制出一种新式的通用晶体管，其既可当p型晶体管又可当n型晶体管使用，最新晶体管有望让电子设备更紧凑 科学家们也可用其设计出新式电路。相关研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。　　目前，大部分电子设备都包含两类不同的场效应晶体管：使用电子作为载荷子的n型和使用空穴作为载荷子的p型。这两种晶体管一般不会相互转化。而德累斯顿工业大学和德奇梦达公司携手研制的新式晶体管可通过电信号对其编程，让其自我重新装配，游走于n型晶体管和p型晶体管之间。　　新晶体管由单条金属—半导体—金属结构组成的纳米线嵌于一个二氧化硅外壳中构成。从纳米线一端流出的电子或空穴通过两个门到达纳米线的另一端。这两个门采用不同方式控制电子或空穴的流动：一个门通过选择使用电子或空穴来控制晶体管的类型 另一个门则通过调谐纳米线的导电性来控制电子或空穴。　　传统晶体管通过在制造过程中掺杂不同元素来确定其是p型还是n型，而新式晶体管不需要在制造过程中掺杂任何元素，通过在一个门上施加外部电压即可重新配置晶体管的类型。施加的电压会使门附近的肖特基结阻止电子或空穴流过设备，如果电子被阻止，空穴能流动，那么，晶体管就是p型，反之则是n型。　　研究人员解释道，使这种再配置能起作用的关键是调谐分别通过肖特基结(每个门一个)的电子流动情况，模拟显示，纳米线的几何形状在这方面起关键作用。　　尽管该研究还处于初期阶段，但新式晶体管展示出了极佳的电学特性。比如，与传统纳米线场效应晶体管相比，其开/闭比更高，且漏电更少。该研究的领导者沃尔特韦伯表示：“除采用人造纳米线外，采用目前先进的硅半导体制造技术也可以制造出这种晶体管，还可以用到自对准技术，大大提高工作频率和速度。”　　接下来，科学家们计划通过改变材料的组成来改进新式晶体管的性能，并制造出由其运行的电路。他们表示，最大的挑战是，在将其与其他晶体管结合在一起时，如何将额外的门信号整合进来。

在一个砷化铟晶体上，12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子，这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制，这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。　　新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。　　构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米(0.167纳米)，比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片(晶体管尺寸为7纳米)要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米，大约是铟原子尺寸的60万倍 红血球直径6000纳米，是它的36000倍 甚至只有2.5纳米宽的DNA链，大小也达到了铟原子的15倍。　　在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称，研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜，将铟原子放置在精确位置上，并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现，位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的，这意味着，与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比，新型晶体管可能并不只限于此。　　研究证明，通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的，它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。　　摩尔定律说，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多，其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度，向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远，但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。

5月13日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 建造了可由三磷酸腺苷(ATP)驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管 。他们称，新型晶体管是首个整合的生物电子系统，其将为义肢等电子修复设备与人体的融合提供重要途径。相关研究发布在近期出版的《纳米快报》(Nano Letters)上。　　三磷酸腺苷可作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能，为人体新陈代谢提供所需能量；其在核酸合成中亦具有重要作用。　　该实验室的研究人员亚历山大诺伊表示，离子泵蛋白是新型晶体管装置中最核心的部分。此次开发的晶体管由处于两个电极之间的碳纳米管组成，起半导体的作用。纳米管的末端附有绝缘聚合物涂层，而整个系统则包裹于双层油脂膜之中，与活体细胞膜的原理相似。当科学家将电压加在电极之上时，含有三磷酸腺苷、钾离子和钠离子的溶液便会倾泻而出，覆盖在晶体管装置表面，并引发电极之间电流的流动。使用的三磷酸腺苷越多，产生的电流也越强烈。　　科学家解释说，之所以会产生如此效果，是由于双层油脂膜内的蛋白质在接触三磷酸腺苷时会表现得如同“离子泵”一般。在每个周期中，蛋白质会往一个方向抽送3个钠离子，并向相反方向抽送2个钾离子，致使1个电荷在“离子泵”的作用下越过双层油脂膜抵达纳米管之中。随着离子的不断累积，其将在纳米管中部的周围产生电场，从而提升纳米晶体管的传导性。　　耶路撒冷希伯来大学的伊特玛维尔纳表示，这一生物电子系统通过离子运动将纳米层级的机械能转化为了电能，从而为晶体管的运行提供了支持。在这种情况下，晶体管可被用于制造由生物信号驱动和控制的电子设备。例如，这一进展能使电子仪器不需电池或其他外界电力供给便可永存于体内，而义肢等人体修复器械也有望直接与人体 神经系统 “连线”。诺伊希望，这种技术将来能被用于建设无缝生物电子界面之中，以实现生物体和机器的更好沟通。

据美国物理学家组织网2月2日(北京时间)报道，来自IBM、苏黎世理工学院和美国普渡大学的工程师近日表示，他们构建出了首个10纳米以下的碳纳米管(CNT)晶体管，而这种尺寸正是未来十年计算技术所需的。这种微型晶体管能有效控制电流，在极低的工作电压下，仍能保持出众的电流密度，甚至可超过同尺寸性能最好的硅晶体管的表现。相关研究报告发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。　　很多科研小组都致力研发小尺寸的晶体管，以切合未来计算技术对于更小、更密集的集成电路的需要。但现有的硅基晶体管一旦尺寸缩小，就会失去有效控制电流的能力，即产生所谓的“短沟道效应”。　　在新研究中，科研人员舍弃硅改用单壁碳纳米管进行实验。碳纳米管具有出色的电气性能和仅为直径1纳米至2纳米的超薄“身躯”，这使其在极短的通道长度内也能保持对电流的闸门控制，避免“短沟道效应”的生成。而IBM团队研制的10纳米以下碳纳米管晶体管首次证明了这些优势。　　科学家表示，理论曾预测超薄的碳纳米管将失去对于电流的闸门控制，或减少输出时的漏极电流饱和，而这都会导致性能的降低。此次研究的最大意义在于，证明了10纳米以下的碳纳米管晶体管也能表现良好，且优于同等长度性能最佳的硅基晶体管，这标志着碳纳米管可成为规模化生产晶体管的可行备选。　　工程师在同一个纳米管上制造出若干个独立的晶体管，其中最小一个的通道长度仅为9纳米，而这个晶体管也表现出了极好的转换行为和漏极电流饱和，打破了理论的预言。当与性能最佳，但设计和直径不同的10纳米以下硅基晶体管进行对比时，9纳米的碳纳米管晶体管具有的直径归一化(漏)电流密度，可达到硅晶体管的4倍以上。而且其所处的工作电压仅为0.5伏，这对于降低能耗十分重要。此外，超薄碳纳米管晶体管的极高效能也显示出了其在未来计算技术中大规模使用的潜力。　　总编辑圈点　　没人不爱便携。所以电子元件抗拒不了“越缩越小”的命运。但对于碳纳米管晶体管，性能和尺寸却在“闹矛盾”：既往理论认为，如果缩到了15纳米以下的长度，那载体有效质量相对于其它半导体来说，就太小了，从而非常容易就隧穿和渗入设备——不受控制，这是身为电子元件所最不被看好的。不过，现在工程师们搞定了它，据其论文讲，问题发生在碳纳米管金属触点的物理模型有所不足，而此前的研究均忽视了这一点，没人仔细观察电子在通过那小小交界处时发生了什么。

纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的重要发展路线。如何在微纳甚至原子尺度对光进行精准操控是其中的关键的科学问题。中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，充分发挥它对光的高压缩和易调控优势，不仅有望实现高效光电互联，而且可以提供额外的信息处理能力，从而进一步提升光电融合系统的性能。 　　该团队通过十多年的努力，实现了极化激元的高效激发和长程传输。在此基础上，研究设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼范德华异质结，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。研究表明该晶体管可实现光正负折射的动态调控，类似电子晶体管能切换(1,0)两个高低电位，为构筑与非门等光逻辑单元奠定了重要基础。该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，从而突破了传统结构光学方案如使用人工结构(超材料和光子晶体等)在波段、损耗、压缩和调控等方面的性能瓶颈。 　　与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等优势，被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望。因此，光电融合系统被认为是构建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。光电互联(电-光-电转换)是光电融合主的基础，相当于光电两条高速公路交汇的收费站。而现有硅基光电集成方案存在效率低(依赖多次光电效应)、体积大(光模块无法突破衍射极限)等问题，制约光电器件之间的信息流转。然而，光子不携带电荷且光的传输受限于光学衍射极限，相比于能轻易通过电学调控的电子，对光子的纳米尺度局域和操控并不容易。 　　极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式(表面波)。它具有优异的光场压缩能力，可轻易突破光学衍射极限从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。 　　戴庆团队以攻克高速光电互联这一世界技术难题为目标，提出以纳米材料的表面波(极化激元)为媒介，实现高效光电互联的新思路。构筑光-极化激元-电转换路径相当于将高速公路的收费站改造成立交桥，具有显著优势：一是效率高，光/电激发材料表面波的效率相比光电效应提升潜力巨大；二是集成度高，光波转化成材料表面波可将波长压缩百倍轻松突破衍射极限，从而显著提升光模块集成度；三是算力强，材料表面波具有光子性质可进行高效并行计算，从而将现有光电融合的“光传输、电计算”拓展成为“光传输、电计算+光计算”，实现“1+12”的效果。 　　戴庆提出，我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控，使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这好比可以像操纵电子一样操纵光子，为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。这一研究在应用上面向光电融合器件大规模集成缺乏高效、紧凑光电互联方式的重大需求，在科学上为解决突破衍射极限下高效光电调制的难题提供了新思路。 　　2月10日，相关研究成果以Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons为题，发表在《科学》(Science)上。该论文审稿人评价道，这证实了一项非常规的物理现象，为研究纳米尺度的光操控提供了崭新的平台。图示极化激元晶体管的基本原理，通过在氧化钼上覆盖石墨烯构筑范德华异质结，天线激发极化激元传输穿过界面后形成负折射。极化激元晶体管的光学显微镜照片

5月26日，据物理学家组织网报道，美国与澳大利亚科学家成功制造出世界上最小的晶体管——由7个原子在单晶硅表面构成的一个“量子点”，标志着我们向计算能力的新时代迈出了重要一步。　　量子点(quantum dot)是纳米大小的发光晶体，有时也被称为“人造原子”。虽然这个量子点非常小，长度只有十亿分之四米，但却是一台功能健全的电子设备，也是世界上第一台用原子故意造出来的电子设备。它不仅能用于调节和控制像商业晶体管这样的设备的电流，而且标志着我们向原子刻度小型化和超高速、超强大电脑新时代迈出的重要一步。　　澳大利亚新南威尔士大学量子电脑技术中心(CQCT)和美国威斯康星大学麦迪逊分校研究人员组成的一个联合小组在最新一期的《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上详细描述了这一发现。参与这项研究的量子电脑技术中心主任米歇尔西蒙斯(Michelle Simmons)教授说：“这项成就的重要性在于，我们不是令原子活动或是在显微镜下观测原子，而是操纵单个原子，以原子精度将其置于表面，以制造能工作的电子设备。”　　“澳大利亚研究小组已可以完全利用晶体硅制造电子设备，我们在晶体硅上面用磷原子替换了7个硅原子，并达到了惊人的精确度。这是重大的科技成就，是表明制造‘终极电脑’(用硅原子制造的量子电脑)可行性的关键一步。”将原子置于某个物体表面的技术——扫描隧穿显微镜——已问世二十年之久。在此之前，没人能利用该技术去制造原子精度的电子设备，然后令其处理来自微观世界的电子输入。　　西蒙斯教授说：“电子设备究竟能有多小?我们正在验证它的极限。澳大利亚的第一台电脑在1949年上市，它占据了整个房间，你只能用手拿着零部件。今天，你可以将电脑放在手掌上，许多零部件的直径甚至只是一根头发直径的千分之一。”　　“现在我们已经展示了世界上第一台用硅材料在原子刻度下系统性制造的电子设备。这不仅对电脑用户具有特别的意义，对所有澳大利亚人来说都极为重要。过去50年来，电子设备小型化一直是驱动全球经济生产率快速增长的关键因素。我们的研究表明，这个进程仍可以继续。”　　美澳联合研究小组的主要目标是用硅原子制造量子电脑，澳大利亚人在该领域拥有独一无二的人力资源，同时处于世界领先地位。这台新电子装置表明，实现设备在原子刻度下制造和测量的技术已经开始来临。　　目前，商业晶体管闸极(transistor gate，该装置可令晶体管充当电流的放大器或开关)的长度约为40纳米(1纳米相当于十亿分之一米)，量子电脑技术中心的研究团队正在开发长度仅为 0.4纳米的设备。　　西蒙斯教授指出，20年前，唐艾格勒(Don Eigler)和埃哈德施魏策尔(Erhard Schweizer)在IBM公司的阿尔马登研究中心，用氙原子造出了IBM公司的标识，这也是当时世界上最小的标识。二人利用一台扫描隧穿显微镜，将35个氙原子置于镍表面，拼出了“IBM”三个字母。　　艾格勒和施魏策尔的研究论文发表于《自然》杂志上，他们写道：“设备小型化的基本原理是显而易见的。”二人还在论文中多次提出警告，并在最后总结说：“原子刻度的逻辑电路和其他设备的前景距离我们有些遥远。”西蒙斯教授说：“当时看似遥远的事情如今变成了现实。我们利用这种显微镜不仅可以观测或熟练操作原子，还能用7个原子制造原子精度的设备，令其在真实的环境中工作。”

美国麻省理工学院一个跨学科团队开发出一种低温生长工艺，可直接在硅芯片上有效且高效地“生长”二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）材料层，以实现更密集的集成。这项技术可能会让芯片密度更高、功能更强大。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。这项技术绕过了之前与高温和材料传输缺陷相关的问题，缩短了生长时间，并允许在较大的8英寸晶圆上形成均匀的层，这使其成为商业应用的理想选择。新兴的人工智能应用，如产生人类语言的聊天机器人，需要更密集、更强大的计算机芯片。但半导体芯片传统上是用块状材料制造的，这种材料是方形的三维（3D）结构，因此堆叠多层晶体管以实现更密集的集成非常困难。然而，由超薄2D材料制成的晶体管，每个只有大约三个原子的厚度，堆叠起来可制造更强大的芯片。让2D材料直接在硅片上生长是一个重大挑战，因为这一过程通常需要大约600℃的高温，而硅晶体管和电路在加热到400℃以上时可能会损坏。新开发的低温生长过程则不会损坏芯片。过去，研究人员在其他地方培育2D材料后，再将它们转移到芯片或晶片上。这往往会导致缺陷，影响最终器件和电路的性能。此外，在晶片规模上顺利转移材料也极其困难。相比之下，这种新工艺可在8英寸晶片上生长出一层光滑、高度均匀的层。这项新技术还能显著减少“种植”这些材料所需的时间。以前的方法需要一天多的时间才能生长出一层2D材料，而新方法可在不到一小时内在8英寸晶片上生长出均匀的TMD材料层。研究人员表示，他们所做的就像建造一座多层建筑。传统情况下，只有一层楼无法容纳很多人。但有了更多楼层，这座建筑将容纳更多的人。得益于他们正在研究的异质集成，有了硅作为第一层，他们就可在顶部直接集成许多层的2D材料。

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。

复旦大学微电子学院张卫课题组成功研制出第一个介于普通MOSFET晶体管和浮栅晶体管之间的半浮栅晶体管(SFGT)。8月9日，美国《科学》杂志刊发了该研究成果。这是我国科学家首次在该杂志上发表微电子器件领域的论文，标志着我国在全球尖端集成电路技术创新链中获得重大突破。　　据介绍，金属&mdash 氧化物&mdash 半导体场效应晶体管(MOSFET)是目前集成电路中最基本的器件，而我们常用的U盘等闪存器件，多采用另一种被称为浮栅晶体管的器件。此次研究人员把一个隧穿场效应晶体管(TFET)和浮栅器件结合起来，构成了一种全新的&ldquo 半浮栅&rdquo 结构器件，称为半浮栅晶体管。它具有高密度和低功耗的明显优势，可取代一部分静态随机存储器(SRAM)，并可应用于动态随机存储器(DRAM)领域以及主动式图像传感器芯片(APS)领域。　　&ldquo 在这些领域，中国大陆具有自主知识产权且可应用的产品几乎没有。&rdquo 张卫介绍说，作为一种基础电子器件，半浮栅晶体管在存储和图像传感等领域的潜在应用市场规模超过300亿美元。它的成功研制将有助于我国掌握集成电路的核心技术，从而在国际芯片设计与制造领域内逐渐获得更多话语权。　　不同于实验室研究的基于碳纳米管、石墨烯等新材料的晶体管，半浮栅晶体管是一种基于标准硅CMOS工艺的微电子器件。SFGT原型器件在复旦大学的实验室中研制成功，而与标准CMOS工艺兼容的SFGT器件也已在国内生产线上被成功制造出来。　　&ldquo 半浮栅晶体管兼容现有主流集成电路制造工艺，具有很好的产业化基础。&rdquo 张卫表示，不过，拥有核心专利并不等于拥有未来的广阔市场。尽管半浮栅晶体管应用市场广阔，但前提是对核心专利进行优化布局。

InP基太赫兹晶体管的a直流与b高频特性　　太赫兹波(T-ray，0.1–10 THz)在公共安全、无损检测、射电天文、环境监测、宽带通信、空间探测、生物医学等方面具有重要的应用前景，高性能太赫核心器件的研制是太赫兹技术在实用化进程中的关键环节。近日，中国科学院微电子研究所微波器件与集成电路研究室(四室)刘洪刚研究员带领的研究团队在太赫兹核心器件研究方面取得进展。　　将集成电路的工作频率提升到太赫兹频段是国际上太赫兹技术领域研发的热点，而研制太赫兹晶体管则是关键所在。传统的硅基微电子技术通常采用“缩小尺寸”来提高晶体管的特征频率，当晶体管制造技术发展到纳米尺度后，器件性能的提高将受到一系列基本物理问题和工艺技术问题的限制，硅基晶体管的频率性能难以进一步提高。微电子所太赫兹核心器件研究团队采用高迁移率InP基材料体系设计了一种新型异质结双极晶体管，通过巧妙利用“II型”能带结构使电子以弹道输运的方式渡越晶体管，大幅度地提高了晶体管的工作频率，为突破太赫兹晶体管技术探索了一条新途径。　　最新结果表明，InP基太赫兹晶体管的截止频率(FT)高于0.6 THz，最大振荡频率(FMAX)突破1 THz，其Johnson Limit(FT ′ BVCEO)比硅基晶体管提高了5倍以上。　　该项研究成果将推动集成电路技术在太赫兹信号的发射、接收与运算处理方面的应用，并受到国际同行的高度评价。相关论文已经发表于国际期刊IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. 58, No. 2, pp. 576 (2011)。

内容简介　　薄膜晶体管液晶显示产业在中国取得了迅猛的发展，每年吸引着大量的人才进入该产业。本书基于作者在薄膜晶体管液晶显示器领域的开发实践与理解，并结合液晶显示技术的最新发展动态，首先介绍了光的偏振性及液晶基本特点，然后依次介绍了主流的广视角液晶显示技术的光学特点与补偿技术、薄膜晶体管器件的SPICE模型、液晶取向技术、液晶面板与电路驱动的常见不良与解析，最后介绍了新兴的低蓝光显示技术、电竞显示技术、量子点显示技术、Mini LED和Micro LED技术及触控技术的原理与应用。作者简介　　邵喜斌博士从20世纪90年代初即从事液晶显示技术的研究工作，先后承担多项国家863计划项目，研究领域涉及液晶显示技术、a-Si 及p-Si TFT技术、OLED技术和电子纸显示技术，在国内外发表学术论文100多篇，获得专利授权150余项，其中海外专利40余项。曾获中国科学院科技进步二等奖、吉林省科技进步一等奖、北京市科技进步一等奖。目录封面版权信息内容简介序前言第1章 偏振光学基础与应用1.1 光的偏振性1.1.1 自然光与部分偏振光1.1.2 偏振光1.2 光偏振态的表示方法1.2.1 三角函数表示法1.2.2 庞加莱球图示法1.3 各向异性介质中光传播的偏振性1.3.1 反射光与折射光的偏振性1.3.2 晶体的双折射1.3.3 单轴晶体中的折射率1.4 相位片1.4.1 相位片的定义1.4.2 相位片在偏光片系统中1.4.3 相位片的特点1.4.4 相位片的分类1.4.5 相位片的制备与应用1.5 波片1.5.1 快轴与慢轴1.5.2 λ/4波片1.5.3 λ/2波片1.5.4 λ波片1.5.5 光波在金属表面的反射1.5.6 波片的应用参考文献第2章 液晶基本特点与应用2.1 液晶发展简史2.1.1 液晶的发现2.1.2 理论研究2.1.3 应用研究2.2 液晶分类2.2.1 热致液晶2.2.2 溶致液晶2.3 液晶特性2.3.1 光学各向异性2.3.2 电学各向异性2.3.3 力学特性2.3.4 黏度2.3.5 电阻率2.4 液晶分子合成与性能2.4.1 单体的合成2.4.2 混合液晶2.4.3 单体液晶分子结构与性能关系2.5 混合液晶材料参数及对显示性能的影响2.5.1 工作温度范围的影响2.5.2 黏度的影响2.5.3 折射率各向异性的影响2.5.4 介电各向异性的影响2.5.5 弹性常数的影响2.5.6 电阻率的影响2.6 液晶的应用2.6.1 显示领域应用2.6.2 非显示领域应用参考文献第3章 广视角液晶显示技术3.1 显示模式概述3.2 TN模式3.2.1 显示原理3.2.2 视角特性3.2.3 视角改善3.2.4 响应时间影响因素与改善3.3 VA模式3.3.1 显示原理3.3.2 视角特性3.3.3 视角改善3.4 IPS与FFS模式3.4.1 显示原理3.4.2 视角特性3.5 偏光片视角补偿技术3.5.1 偏振矢量的庞加莱球表示方法3.5.2 VA模式的漏光补偿方法3.5.3 IPS模式的漏光补偿方法3.6 响应时间3.6.1 开态与关态响应时间特性3.6.2 灰阶之间的响应时间特性3.7 对比度参考文献第4章 薄膜晶体管器件SPICE模型4.1 MOSFET器件模型4.1.1 器件结构4.1.2 MOSFET器件电流特性4.1.3 MOSFET器件SPICE模型4.2 氢化非晶硅薄膜晶体管器件模型4.2.1 a-Si:H理论基础4.2.2 a-Si:H TFT器件电流特性4.2.3 a-Si:H TFT器件SPICE模型4.3 LTPS TFT器件模型4.3.1 LTPS理论基础4.3.2 LTPS TFT器件电流特性4.3.3 LTPS TFT器件SPICE模型4.4 IGZO TFT器件模型4.4.1 IGZO理论基础4.4.2 IGZO TFT器件电流特性4.4.3 IGZO TFT器件SPICE模型4.5 薄膜晶体管的应力老化效应参考文献第5章 液晶取向技术原理与应用5.1 聚酰亚胺5.1.1 分子特点5.1.2 聚酰亚胺的性能5.1.3 聚酰亚胺的合成5.1.4 聚酰亚胺的分类5.1.5 取向剂的特点5.2 取向层制作工艺5.2.1 涂布工艺5.2.2 热固化5.3 摩擦取向5.3.1 工艺特点5.3.2 摩擦强度定义5.3.3 摩擦取向机理5.3.4 预倾角机理5.3.5 PI结构对VHR和预倾角的影响5.3.6 摩擦取向的常见不良5.4 光控取向5.4.1 取向原理5.4.2 光控取向的光源特点与影响参考文献第6章 面板驱动原理与常见不良解析6.1 液晶面板驱动概述6.1.1 像素结构与等效电容6.1.2 像素阵列的电路驱动结构6.1.3 极性反转驱动方式6.1.4 电容耦合效应6.1.5 驱动电压的均方根6.2 串扰6.2.1 定义与测试方法6.2.2 垂直串扰6.2.3 水平串扰6.3 闪烁6.3.1 定义与测试方法6.3.2 引起闪烁的因素6.4 残像6.4.1 定义与测试方法6.4.2 引起残像的因素参考文献第7章 电路驱动原理与常见不良解析7.1 液晶模组驱动电路概述7.1.1 行扫描驱动电路7.1.2 列扫描驱动电路7.1.3 电源管理电路7.2 眼图7.2.1 差分信号7.2.2 如何认识眼图7.2.3 眼图质量改善7.3 电磁兼容性7.3.1 EMI简介7.3.2 EMI测试7.3.3 模组中的EMI及改善措施7.4 ESD与EOS防护7.4.1 ESD与EOS产生机理7.4.2 防护措施7.4.3 ESD防护性能测试7.4.4 EOS防护性能测试7.5 开关机时序7.5.1 驱动模块的电源连接方式7.5.2 电路模块的时序7.5.3 电源开关机时序7.5.4 时序不匹配的显示不良举例7.6 驱动补偿技术7.6.1 过驱动技术7.6.2 行过驱动技术参考文献第8章 低蓝光显示技术8.1 视觉的生理基础8.1.1 人眼的生理结构8.1.2 感光原理说明8.1.3 光谱介绍8.2 蓝光对健康的影响8.2.1 光谱各波段光作用人眼部位8.2.2 蓝光对人体的影响8.3 LCD产品如何防护蓝光伤害8.3.1 LCD基本显示原理8.3.2 低蓝光方案介绍8.3.3 低蓝光显示器产品参考文献第9章 电竞显示技术9.1 电竞游戏应用瓶颈9.1.1 画面拖影9.1.2 画面卡顿和撕裂9.2 电竞显示器的性能优势9.2.1 高刷新率9.2.2 快速响应时间9.3 画面撕裂与卡顿的解决方案9.4 电竞显示器认证标准9.4.1 AMD Free-Sync标准9.4.2 NVIDA G-Sync标准参考文献第10章 量子点材料特点与显示应用10.1 引言10.2 量子点材料基本特点10.2.1 量子点材料独特效应10.2.2 量子点材料发光特性10.3 量子点材料分类与合成10.3.1 Ⅱ-Ⅵ族量子点材料10.3.2 Ⅲ-Ⅴ族量子点材料10.3.3 钙钛矿量子点材料10.3.4 其他量子点材料10.4 量子点显示技术10.4.1 光致发光量子点显示技术10.4.2 电致发光量子点显示技术参考文献第11章 Mini LED和Micro LED原理与显示应用11.1 概述11.2 LED发光原理11.2.1 器件特点11.2.2 器件电极的接触方式11.2.3 器件光谱特点11.3 LED直显应用特点11.3.1 尺寸效应11.3.2 外量子效应11.3.3 温度效应11.4 巨量转移技术11.4.1 PDMS弹性印章转移技术11.4.2 静电吸附转移技术参考文献第12章 触控技术原理与应用12.1 触控技术分类12.1.1 从技术原理上分类12.1.2 从显示集成方式上分类12.1.3 从电极材料上分类12.2 触控技术原理介绍12.2.1 电阻触控技术12.2.2 光学触控技术12.2.3 表面声波触控技术12.2.4 电磁共振触控技术12.2.5 电容触控技术12.3 投射电容触控技术12.3.1 互容触控技术12.3.2 自容触控技术12.3.3 FIC触控技术12.4 FIC触控的驱动原理12.4.1 电路驱动系统架构12.4.2 FIC触控屏的两种驱动方式12.4.3 触控通信协议12.4.4 触控性能指标参考文献附录A MOSFET的Level 1模型参数附录B a-Si:H TFT的Level 35模型参数附录C LTPS TFT的Level 36模型参数附录D IGZO TFT的Level 301模型参数（完善中）反侵权盗版声明封底

26日，记者从中国科学技术大学获悉，该校微电子学院龙世兵教授课题组联合中科院苏州纳米所加工平台，分别采用氧气氛围退火和氮离子注入技术，首次研制出了氧化镓垂直槽栅场效应晶体管。相关研究成果日前分别在线发表于《应用物理通信》《IEEE电子设备通信》上。作为新一代功率半导体材料，氧化镓的p型掺杂目前尚未解决，氧化镓场效应晶体管面临着增强型模式难以实现和功率品质因数难以提升等问题，因此急需设计新结构氧化镓垂直型晶体管。研究人员分别采用氧气氛围退火和氮离子注入工艺制备了器件的电流阻挡层，并配合栅槽刻蚀工艺研制出了不需P型掺杂技术的氧化镓垂直沟槽场效应晶体管结构。氧气氛围退火和氮离子注入所形成的电流阻挡层均能够有效隔绝晶体管源、漏极之间的电流路径，当施加正栅压后，会在栅槽侧壁形成电子积累的导电通道，实现对电流的调控。类似于硅经过氧气氛围退火处理可形成高阻表面层，氧化镓采用该手段制备电流阻挡层具有缺陷少、无扩散、成本低等特点，器件的击穿电压可达到534伏特，为目前电流阻挡层型氧化镓MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）器件最高值，功率品质因数超过了硅单极器件的理论极限。研究人员表示，这两项工作为氧化镓晶体管找到了新的技术路线和结构方案。

碳化硅（SiC）具有宽禁带、耐击穿的特点，其禁带宽度是Si的3倍，击穿电场为Si的10倍；且其耐腐蚀性极强，在常温下可以免疫目前已知的所有腐蚀剂。而金属氧化物半导体场效晶体管（简称：金氧半场效晶体管；英语：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写：MOSFET），是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。在SiC MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。2020年12月28日，北京第三代半导体产业技术创新战略联盟发布一项联盟标准T/CASA 006-2020《碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管通用技术规范》。该项标准由中国科学院微电子研究所牵头起草，按照CASAS标准制定程序（立项、征求意见稿、委员会草案、发布稿），反复斟酌、修改、编制而成。标准的制定得到了很多CASA标准化委员会正式成员的支持。标准于2021年1月1日施行。附件下载https://www.instrument.com.cn/download/shtml/976637.shtml【相关阅读】企业成半导体刻蚀设备采购主力——半导体仪器设备中标市场盘点系列之刻蚀设备篇超亿采购中磁控溅射占主流——半导体仪器设备中标市场盘点系列之PVD篇上海市采购量独占鳌头——半导体仪器设备中标市场盘点系列之CVD篇第27批国家企业技术中心名单出炉，涉及这些仪器厂商探寻微弱电流的律动：超高精度皮安计模块亮相三家半导体设备商上榜“中国上市企业市值500强”862项标准获批，涉及半导体、化工检测和检测仪器等领域盘点各地十四五规划建议”芯“政策湖北省集成电路CMP用抛光垫三期项目拟购置43台仪器设备

近日，清华大学集成电路学院教授任天令团队在小尺寸晶体管研究方面取得突破，首次制备出亚1纳米栅极长度的晶体管，其具有良好的电学性能。相关成果发表在最新一期《自然》杂志在线版上。亚1纳米栅长晶体管结构示意图。图片来源：清华大学官网晶体管是芯片的核心元器件，更小的栅极尺寸能让芯片上集成更多的晶体管，并提升性能。过去几十年，晶体管的栅极尺寸在摩尔定律的推动下不断微缩。但近年来，随着晶体管的物理尺寸进入纳米尺度，造成电子迁移率降低、漏电流增大、静态功耗增大等短沟道效应越来越严重。因此，新结构和新材料的开发迫在眉睫。目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12纳米以上。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈，任天令团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能，将其作为栅极，通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼（MoS2）沟道的开关，从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。“在相当长的一段时间内，要打破这一纪录是非常困难的。”纽约州立大学布法罗分校纳米电子学科学家李华民评价道，这项新工作将栅极的尺寸极限进一步缩小到“仅一层碳原子的厚度”。那么，对于小尺寸晶体管的研究，当初如何想到采用石墨烯材料来突破瓶颈？“单层石墨烯厚度仅0.34纳米，因此采用石墨烯作为栅极，能够实现极短的栅极尺寸。石墨烯本身是平面结构，这就要求沟道是垂直结构，要实现垂直的沟道结构是其中一个难题。另外石墨烯除了侧壁能够栅控，其表面也能栅控，因此屏蔽石墨烯表面电场也是难点，我们开发出了自氧化铝层来对石墨烯表面电场进行屏蔽。”3月20日，任天令在接受科技日报记者采访时表示。随着摩尔定律的发展，晶体管栅长逐步微缩，本工作实现了亚1纳米栅长的晶体管。图片来源：清华大学官网如何让1纳米以下栅长晶体管从实验室成果走向产业化？任天令答道：“1纳米以下栅长晶体管只是一个维度的尺寸微缩，未来还需要配合沟道的微缩，而这需要借助光刻机，比如把沟道尺寸通过极紫外（EUV）光刻进一步微缩到5纳米，并进一步实现超大规模的芯片。”如果说这项研究实现世界上栅长最小晶体管，推动摩尔定律进一步发展到亚1纳米级别，是否意味着这也是一个新的开始，将会有新的探索——诞生更小级别的晶体管？“是的，这确实是新的开始，还将会有新的探索——诞生更小级别的晶体管。”面对记者的提问，任天令肯定地回答道，“前提是能够研发出更小原子尺寸的单层材料。目前在元素周期表上比碳原子小的材料是潜在的候选者，但需要注意，比碳原子小的这些材料目前还不存在单原子层结构，因此未来诞生更小级别的晶体管难度很大。比如利用氢原子来进行栅极控制很可能是晶体管栅极长度的终极尺寸，但是制备金属氢本身就是世界性难题，虽然《科学》2017年报道了金属氢，但是金属氢极不稳定，且不存在单原子层结构，因此难度很大。”那么，在未来集成电路的应用中，这种二维薄膜将赋予相关产品怎样与众不同的性能？任天令介绍说：“二维薄膜的未来集成电路将会带来柔性、更高密度、透明的电子产品，比如目前很热点的柔性电子屏幕，但目前的CPU不是柔性的，如果采用了二维材料，就有机会实现一个全柔性的手机，包括CPU、存储器也可以是柔软的。对于本工作而言，我们团队在实现世界上栅长最小晶体管基础上，还实现了更低功耗的晶体管，这就意味着未来的芯片可以更加节能。”“这次的科研工作，属于研究团队经过长期积累获得的一个成果，中间的过程充满挑战。这一工作是中国自主知识产权，未来我们还将继续进行沟道微缩及大规模芯片集成等工作，为中国芯作出一份贡献。”任天令强调。

近日，应用材料公司宣布推出了创新技术，帮助客户继续使用EUV进行2D缩放，并详细介绍了业界最广泛的技术组合，用于制造下一代3D门全能晶体管。芯片制造商正在寻求两种互补的途径，以在未来几年内提高晶体管密度。一个是经典的摩尔定律2D缩放，使用EUV光刻和材料工程创建较小的特征。另一种是使用设计技术协整（DTCO）和3D技术，巧妙地优化逻辑单元的布局，以增加密度，而不受光刻间距变化的影响。后一种方法，包括背面配电网络和门全方位（GAA）晶体管，随着经典2D扩展速度的放缓，预计将在未来几年推动逻辑密度改进的比例越来越大。总之，这些技术可以帮助芯片制造商，因为他们的目标是提供具有更高功率、性能、面积、成本和上市时间（PPACt）的下一代逻辑芯片。应用材料公司高级副总裁兼半导体产品部总经理 Prabu Raja 博士说：“应用材料公司的战略是成为我们客户的 PPACt 支持公司™ ，今天我们将展示七项创新，旨在使客户能够继续使用 EUV 进行 2D 扩展。“我们还详细介绍了GAA晶体管将如何以与今天的FinFET晶体管完全不同的方式制造，以及应用材料公司如何为GAA制造提供最广泛的产品线，包括外延，原子层沉积和选择性材料去除的新步骤，以及两种新的集成材料解决方案。断续器用于制造理想的 GAA 栅极氧化物和金属栅极。扩展 2D 缩放极紫外（EUV）光刻技术的出现使芯片制造商能够产生更小的特征并提高晶体管密度。然而，该行业已经达到了一个临界点，即EUV的进一步扩展带来了挑战，需要新的沉积，蚀刻和计量方法。在EUV光刻胶开发之后，芯片图案需要通过一系列中间层（称为转移层和硬掩模）进行蚀刻，然后才能最终蚀刻到晶圆中。到目前为止，这些层都是使用旋装技术沉积的。今天，应用材料公司推出了用于EUV的Stensar™ 高级图案化膜，该膜使用应用材料公司的精密CVD（化学气相沉积）系统进行沉积。与旋入式沉积相比，应用材料公司的 CVD 薄膜可帮助客户调整 EUV 硬掩模层，使其具有特定的厚度和蚀刻弹性，从而在整个晶圆上实现近乎完美的 EUV 图案传递均匀性。应用材料公司还详细介绍了其Sym3 Y蚀刻系统的特殊功能，使客户能够在蚀刻到晶圆之前将材料蚀刻和沉积在同一腔室中，以帮助改善EUV图案。Sym3腔室轻轻地去除EUV抗蚀剂材料，然后以特殊方式重新沉积材料，以平均由“随机误差”引起的模式变异性。改进的EUV模式可提高良率，并改善芯片功耗和性能。因此，应用材料公司的 Sym3 技术正在迅速超越存储器（应用材料公司是 DRAM 市场导体刻蚀系统的头号供应商）发展到代工厂逻辑。应用材料公司还展示了如何使用其PROVision eBeam测量技术来深入观察多层芯片内部，以精确测量整个晶圆上的EUV图案特征，帮助客户解决其他测量技术无法诊断的“边缘放置错误”。2021年，应用材料公司eBeam系统收入几乎翻了一番，并已成为eBeam技术的头号供应商。工程3D栅极全能晶体管新兴的GAA晶体管展示了客户如何利用3D设计技术和DTCO布局创新来补充2D扩展，以快速提高逻辑密度，即使2D扩展速度变慢。材料工程的创新也为GAA晶体管提供了功率和性能的改进。在FinFET中，形成晶体管电路径的垂直通道通过光刻和蚀刻成型，这些过程可能导致通道宽度不均匀。不均匀性会对功耗和性能产生负面影响，这是客户转向 GAA 的主要原因之一。GAA晶体管类似于旋转90度的FinFET晶体管，因此通道是水平的而不是垂直的。GAA通道采用外延和选择性材料去除成型，这些技术使客户能够精确地设计宽度和均匀性，以实现最佳功率和性能。应用材料公司的第一款产品是外延系统，从那时起，该公司一直是市场领导者。应用材料公司于 2016 年推出 Selectra 系统，率先推出了选择性材料去除系统，是市场领导者，客户正在使用 1，000 多个腔室。制造GAA晶体管的一个主要挑战是通道之间的空间只有10nm左右，客户必须在通道的所有四个侧面周围沉积多层栅极氧化物和金属栅极堆栈，以尽可能小的空间。应用材料公司为栅极氧化物堆栈开发了 IMS™ （集成材料解决方案）系统。较薄的栅极氧化物可产生更高的驱动电流和晶体管性能。然而，较薄的栅极氧化物通常会导致更高的泄漏电流，从而浪费功率并产生热量。应用材料公司的新型IMS系统将等效氧化物厚度减少了1.5埃，使设计人员能够在不增加栅极泄漏的情况下提高性能，或保持性能不变，并将栅极泄漏减少10倍以上。它将原子层沉积 （ALD）、热步骤、等离子体处理步骤和计量集成到一个高真空系统中。应用材料公司还展示了用于设计GAA金属栅极堆栈的IMS系统，使客户能够改变栅极厚度，以调整晶体管阈值电压，以满足从电池供电的移动设备到高性能服务器等特定计算应用的每瓦性能目标。它在高真空下执行高精度金属原子层沉积步骤，以防止大气污染。

中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所材料界面研究中心副研究员李佳团队，中科院院士、西北工业大学教授黄维团队，以及深圳先进院生物医学与健康工程研究所生物医学成像研究中心合作，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管用于X射线直接探测器，实现了超灵敏、超低辐射剂量、超高成像分辨的X射线直接探测。相关研究成果以Ultrathin and Ultrasensitive Direct X-ray Detector Based on Heterojunction Phototransistors为题，发表在Advanced Materials上。 　　当前，X射线直接探测器多采用反向偏置二极管结构(图1a)。这类器件普遍缺乏内部信号增益效应或增益较低，这意味着没有足够的信号补偿方案来补充载流子复合过程中湮灭的电子-空穴对。因此，这类设备的光-电转化效率较低，且需要使用高质量和高度均匀的X射线光电导材料(Photoconductor)以保证有效的电子-空穴的产生和传输，这对探测器性能的进一步提升设定了难以突破的上限，也增加了材料、器件制备的复杂性和成本。 　　科研团队在前期研究的基础上(Advanced Materials, 31,1900763,2019)，提出异质结X射线光电晶体管(Heterojunction X-ray Phototransistor)这一新型器件概念，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管引入X射线直接探测。光电晶体管是三电极型光电探测器，其沟道载流子密度可通过调控栅压和入射光子进行有效调制，从而结合了晶体管和光电导的综合增益效应，如图1b所示。将这种高增益机制引入X射线探测器可以对光生电流进行放大，并使外量子效率远超过100%，进而实现超灵敏的X射线直接探测。本工作中，研究团队设计了由钙钛矿光电导材料与有机半导体沟道材料组成的异质结光电晶体管，实现了高效的X射线吸收，获得了快速的载流子再注入与循环，导致高效的载流子产生、输运与巨大的信号增益效应，使X射线直接探测灵敏度达到109μCGyair-1cm-2(图2c)，最低可检测剂量率低至1 nGyair s-1。同时，探测器具有较高的成像分辨率(图2e)——X射线成像调制传递函数(MTF)在20%值下显示每毫米11.2线对(lp mm-1)，成像分辨率高于目前基于CsI:Tl的X射线探测器。 　　高增益异质结X射线光电晶体管为高性能X射线直接探测与成像开辟了新机遇，并体现出超灵敏、超低检测限、高成像分辨率、轻量、柔性(图2d)、低成本等优点，在医学影像、工业检测、安检安防、科学设备等领域具有广阔的应用前景。该成果将激发科研人员开发各种高增益器件以实现直接探测不同类型高能辐射的研究动力。 　　研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。图1.a、传统X射线探测器中，间接探测(左)使用闪烁体材料与光电二极管可见光探测器相互集成，X射线通过闪烁体材料转换为可见光，可见光由光电二极管探测器探测；直接探测(右)使用如非晶硒等半导体材料，半导体吸收X射线后直接产生电子-孔穴对，在半导体材料上施加高电场，分离和收集电子-空穴对；b、X射线光电晶体管结构，异质结中电子-空穴对产生(1)、分离(2)、电子捕获/空穴注入(3)和空穴再循环(4)产生高增益效应的过程图示图2.a、X射线光电晶体管器件结构；b、X射线探测的时间响应；c、X射线辐照下探测器灵敏度随栅压的变化关系；d、柔性X射线光电晶体管器件；e、金属光栅的光学显微照片(上)与X射线成像图(下)，scale-bar为200微米；f、X射线光电晶体管的MTF曲线

美国耶鲁大学12月23日发表新闻公报称，该校及韩国光州科学技术研究院科学家最近合作制成世界上首个分子晶体管，制作分子晶体管的材料是单个苯分子。相关论文发表于12月24日的《自然》杂志。　　研究人员说，苯分子在附着到黄金触点上后，就可以发挥硅晶体管一样的作用。研究人员能够利用通过触点施加在苯分子上的电压，操纵苯分子的不同能态，进而控制流经该分子的电流。　　负责这项研究的耶鲁大学工程和应用科学系教授马克里德说：“这就像推一个球滚过山顶，球就代表电流，而山的高度则代表苯分子的不同能态。我们能够调整山的高度，山低时允许电流通过，而山高时则阻止电流通过。”　　研究人员说，由于流经苯分子的电流能够控制，因此就可以像使用普通晶体管一样使用苯分子晶体管。　　里德指出，这项研究只能算得上科学突破，而像“分子计算机”这样的实际应用即使真的可以实现，也需要几十年的时间。

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 }/stylep　　近年来，移动互联网和智能终端的快速发展刺激了智能传感技术在人机交互、人工智能和可穿戴设备等领域的研究。同时，由于场效应晶体管具有低成本和大规模化等特点，因而被广泛地应用于电子器件、人机交互和健康监测等领域。但传统场效应晶体管需要通过栅电极接入电信号用于传感和控制，栅电极的制备工艺复杂，容易损坏，在一定程度上限制了其在可穿戴智能器件上的发展。/pp　　2014年，中国科学院外籍院士、中科院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林和研究员张弛率领的研究组，首次提出了摩擦电子学这一新的研究领域，利用摩擦产生的静电势作为门极信号来调控半导体中电传输与转化特性，可以用于信息传感和主动性控制，实现了各种人机交互式功能器件，如机电耦合逻辑电路、触控型电致发光、接触式机电存储、增强型光电转换、智能触摸开关、主动式触觉成像系统、电子皮肤、柔性透明晶体管等。近年来，摩擦电子学得到了国内外学者的广泛关注和跟踪研究，成为柔性电子学领域的研究热点。/pp　　近日，该科研团队与清华大学化学系副教授董桂芳团队合作，共同研发出一种无栅电极的柔性有机摩擦电子学晶体管。研究人员利用一个可移动摩擦层，直接与介电层接触起电，实现了对晶体管源漏电流的调控，该器件可用于传感触觉压力和磁场强度，能够实现21%Pasup-1/sup和16%mTsup-1/sup的灵敏度，以及优于120ms的响应时间，具有良好的稳定性和耐久性。该器件基于介电层与外部直接接触起电来代替传统栅电压的传感机制，能够有效简化晶体管中栅电极的制备工艺，避免因器件弯曲造成的栅电极损坏，增加其作为传感器的稳定性和耐久性，建立了一种与外界环境刺激的直接交互机制，在人机界面、电子皮肤、可穿戴电子设备以及智能传感领域具有广阔的应用前景。/pp　　相关研究成果发表在emACS Nano/em上。/ppbr//pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171116586287109024.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/bfe1a876-e48c-48ba-a1f0-60df2d550ca4.jpg" uploadpic="W020171116586287109024.jpg"//pp　　(a) 无栅极摩擦电子学晶体管工作原理示意图。(b) 用于力磁传感的无栅极柔性摩擦电子学晶体管实物图。(c) 力磁传感工作原理示意图。(d) 不同压力下源漏电流的变化。(e) 不同磁场强度下源漏电流的变化。(f) 手指按压传感器控制LED灯亮度演示压力传感。(g) 磁铁接近传感器控制LED灯亮度演示磁场强度传感。/p

2021年5月26日下午，联盟团体标准T/CASA 016-20XX《碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）热阻电学法测试方法》标准草案线上讨论会顺利召开。本次会议共计15位专家代表参与标准研讨。会议由联盟标委会高伟博士主持，联盟秘书长于坤山提到团体标准作为国行标的补充，具有十分重要的意义，目前第三代半导体特别是碳化硅相关的应用发展迅速，国内外都非常的关注，但是缺乏相关的标准，该项标准的制定有助于促进相关平台的建设，推动企业研发工作的同时促进上下游之间的交流。本次会议主要针对T/CASA 016-20XX《碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）热阻电学法测试方法》标准草案的范围、术语与定义、试验方法等内容进行充分讨论，并提出了诸多修改意见。SiC MOSFET的热阻在热管理设计中具有重要作用，热阻能够为器件运行时的结温评估与结构评价提供信息，为器件设计与优化改进提供参考，衡量器件散热性能的关键指标之一。准确的热阻测试对于SiC MOSFET的鉴定、评价具有重要意义。

长期以来，大规模可靠制备高性能有机电化学晶体管（organic electrochemical transistor，OECT）是领域内的瓶颈问题。相对于普通的薄膜晶体管，要实现高性能的 OECT，需要对器件进行严格封装和图案化，以尽量避免电解质和源漏电极的直接接触产生寄生电容，这直接导致了冗长的制备流程、高昂的制备成本等系列问题。另外，OECT 在稳定性和 N 型性能上亟需大幅提升，以契合产业化需求。近期，电子科技大学（以下简称“电子科大”）和美国西北大学等团队合作，设计了一种兼容低成本制备流程的新型垂直结构，实现了具有更小体积、更高跨导、更优循环特性的 OECT。具体来说，相对于传统平面结构，在相同面积下，实现了 N 型器件跨导 1000 余倍的提升（即实现相同跨导，器件面积可缩小 1000 余倍）；在低于 0.7V 的驱动电压下，实现了 5 万次以上的稳定循环。该研究解决了 OECT 在性能、集成度及稳定性方面的系列问题，为 OECT 的大规模可靠制备及应用拓展奠定了坚实的基础。审稿人对该论文评价道：“本文展示了基于 P 型和 N 型 OECT 垂直架构的有趣示例。结果是原始的、新颖的，同时 N 型和 P 型特性非常平衡且特别稳定。”图丨相关论文（来源：Nature）近日，相关论文以《用于互补电路的垂直有机电化学晶体管》（Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits）为题发表在 Nature 上[1]。电子科技大学自动化工程学院黄伟教授为该论文的共同一作兼通讯作者，程玉华教授、美国西北大学安东尼奥法切蒂（Antonio Facchetti）教授、托宾・J・马克斯（Tobin J. Marks）教授及郑丁研究助理教授为论文共同通讯作者。N 型 OECT 循环 5 万次仍无明显衰退此前，基于 N 型的 OECT 的循环稳定一般不会超过千次。该研究解决最重要的难题在于其性能异常稳定，特别是对于 N 型的 OECT，在低于 0.7V 的驱动电压条件下，垂直型 OECT 在循环 5 万次条件下仍无明显衰退。黄伟表示：“器件性能的数量级提升，对未来技术的产业转化奠定了良好的基础。”由于制备高性能的 OECT 程序比较繁复、制备时间长、制备成本也高，因此对相关设备的资金投入也会比较高。该工艺兼容了低成本溶液制备流程，不需要比较复杂的光刻工艺（包括干法和湿法刻蚀工艺），采用直接光照交联以及简单的金属掩模板蒸镀电极的方式，就可以实现比以前性能更优异的晶体管性能。特别是在单位面积的性能上，由于垂直堆叠结构的独特性，在占用同样面积的情况下，垂直结构的跨导对于 P 型 OECT 来说，比平面结构增加了十几倍；对于 N 型 OECT 来说，则有上千倍的增加。黄伟指出，量级的增加意味着如果想实现之前的 OECT 的性能，在体积上可以做得更小。因此，对于制备轻便且高度集成的传感器非常有优势。图丨新型垂直器件结构表征及其性能（来源：Nature）该研究源于黄伟在做有机电化学晶体管相关研究时，偶然发现的“反常现象”。有意思的是，当时该团队并不认为该种垂直堆叠结构的器件会工作，因此相关测试是作为原始参照组来进行的。一方面，对于有机电化学晶体管来说，需要离子完全渗入到半导体中，而垂直堆叠的结构中由于沟道完全被上电极覆盖，离子只能从边缘注入，这会导致离子传输路径受限，直观上掺杂难度极大。黄伟指出，一般来说，若电极直接设计在 OECT 的半导体上，其被离子掺杂后会导致明显的微观结构变化，因此必然对电极的接触造成损伤。前人做出的垂直结构在损失部分有效沟道的前提下，采用较为复杂的光刻手段将上电极固定。图丨新型垂直结构构建的垂直电路及其输出特性（来源：Nature）该研究由电子科大、美国西北大学、云南大学、浙江大学等多个团队共同完成，其中美国西北大学研究的重点方向是化学和材料，电子科大团队则偏重器件和测试方面。黄伟表示，器件结构设计得益于新材料的合成，其特点在于它能够同时导电子（空穴）及离子，也就是说，它的工作原理类似神经突触，电学信号转化为化学信号，然后再转为电学信号的器件。在课题组成员研究初期“不相信”的问题上，审稿人也提出了同样的疑问：这样的结构得到这么好的性能，真的是因为离子完全注入了沟道吗？为了回答离子注入的问题，该团队花了很多精力不断地设计对比实验，用新材料、新结构最终证明了该现象的正确性及普适性。有望应用于柔性电子、仿生传感、脑机接口等领域由于 OECT 具备良好的生物兼容性，因此有望应用于柔性电子、仿生传感、生物化学及电信号（包括脑机接口等）方向。一方面，它的工作原理类似神经突触，能模拟神经突触的传感功能，例如像人类皮肤那样能感受到温度、压力、湿度，以及探测到心电、脑电等人体信号等。该器件由于集成度高，相对于原来的平面结构，可在达到同样的性能的前提下缩小千倍，有利于在探测高精度的脑部活动或神经活动时避免/减小对组织的损伤。另一方面，由于它可以做得轻便、柔软，还可以拓展到仿生机器人对外界环境的传感，以及对生命健康的探测。黄伟认为，该技术可能最先应用在柔性仿生传感领域。此外，由于该器件和神经突触类似，其也有望应用于人工智能硬件。“它可以通过器件与器件之间相连，形成神经网络。这里的神经网络是基于模拟生物或生物的神经网络形成的网络硬件。”黄伟说道。下一步，该团队计划将器件的性能、稳定性进一步提升。目前阶段，课题组成员还没有系统地探讨它的柔性及可拉伸特性，他们希望未来能尽量往皮肤或器官上贴合。此外，他们将会把该新型器件与后端系统进行集成，形成小型、快速、准确的传感特色，进而实现低功耗柔性可拉伸的便携传感系统。从光学工程到自动化工程，致力于将研究成果进一步集成黄伟从南开大学物理学院本科毕业后，在电子科大光电科学与工程学院完成了博士阶段的学习（师从于军胜教授），期间前往美国西北大学联培，研究方向偏材料及器件。随后，黄伟在西北大学材料科学与工程中心进行了博后训练，并担任研究助理教授。随着研究的深入，他希望能够将研究成果进一步推广应用，形成传感设备、测试系统，以期实现研究成果的落地。因此，在西北大学进行博后研究和担任研究助理教授后，2021 年，他选择回到母校电子科大任教，加入自动化工程学院测试技术与仪器研究所。此前，黄伟与团队解决了柔性可拉伸性与传感信号输出稳定性同步提升的难题[2,3]。他们通过将先进柔性可拉伸场效应管制备技术与原位“传感与放大一体化”集成方法的融合，进一步结合复合互补电路与应力释放制备工艺，实现了在复杂应力条件下，针对关键生理参数的稳定传感信号输出。该课题组的主要研究方向集中在柔性仿生传感技术、有机电化学晶体管以及柔性可拉伸电子器件。一方面，在基础的元器件开发上，他们期望通过引入更多性能好的传感元器件，推进功耗、灵敏度方面的进展。另一方面，基于现有的元器件进一步地集成和驱动，朝着疾病诊断、健康管理等应用方向发展。在黄伟看来，做科研的关键品质之一是长期保持好奇心。因此，即便实验失败了，也好奇失败的具体原因。“科研工作者追求的并不是表面的结果，而是从现象背后的原理到应用都高保真的全过程。对科学问题的探索，我们要像挖金矿那样直到‘挖不动’为止。”他说。面对研究中失败的结果，黄伟也有一套自己的科学价值观。他表示，爱迪生在发明电灯泡时用了六千多种材料，尝试了七千多次才获得最后的成功。因此，即便有 1% 的希望，也要坚持和勇于尝试。此外，他还指出，由于个人的思想和经验非常局限，因此通过学科交叉定期地进行“头脑风暴”，可以从不同的视角提出新的创意，这也是目前工科发展的一大特色。参考资料：1.Huang, W., Chen, J., Yao, Y. et al. Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits. Nature 613, 496–502 (2023). 2.Chen, J., Huang, W., Zheng, D. et al. Highly stretchable organic electrochemical transistors with strain-resistant performance.Nature Materials 21, 564–571 (2022). 3.Yao,Y.,Huang,W.et,al.PNAS,118,44,e2111790118(2021).

垂直沟道纳米器件因其对栅长限制小、布线灵活及便于3D一体集成等优势，在1纳米逻辑器件/10纳米 DRAM存储器及以下技术代的集成电路先进制造技术方面具有巨大应用潜力。要实现垂直沟道纳米晶体管的大规模制造，须对其沟道尺寸和栅极长度进行精准控制。对于高性能垂直单晶沟道纳米晶体管，现阶段控制沟道尺寸的最好方法是采用先进光刻和刻蚀技术，但该技术控制精度有限，导致器件性能波动过大，不能满足集成电路大规模先进制造的要求。中国科学院微电子研究所研究员朱慧珑团队在实现对栅极长度和位置精准控制的基础上，提出并研发出了一种C型单晶纳米片沟道的新型垂直器件（VCNFET）以及与CMOS技术相兼容的“双面处理新工艺”，其突出优势是沟道厚度及栅长/位置均由外延层薄膜厚度定义并可实现纳米级控制，为大规模制造高性能器件奠定了基础，研制出的硅基器件亚阈值摆幅（SS）以及漏致势垒降低（DIBL）分别为61mV/dec和8mV/V，电流开关比达6.28x109，电学性能优异。相关研究成果于近日以Vertical C-Shaped-Channel Nanosheet FETs Featured with Precise Control of both Channel-Thickness and Gate-Length为题发表在IEEE Electron Device Letters上。论文链接 图1 (a) 垂直纳米片器件的TEM截面图 (b) 器件沟道中心位置的纳米束衍射花样 (c) 外延硅沟道的TEM俯视图 (d)-(f) 器件截面的EDS能谱图图2 垂直纳米片器件的转移输出特性曲

【引言】在新冠疫情大流行的背景下，从大量人群中快速筛查出受感染个体对于流行病学研究有着十分重要的意义。目前，新冠病毒诊断方法包括血清学和病毒核酸测试，主要是以分析逆转录聚合酶链反应作为金标准，此方法在检测中核酸提取和扩增程序耗时较长，很难满足对广泛人群进行筛查的要求，因此，亟需发展一种快速的监测方法应对新冠疫情。 【成果简介】近期，复旦大学魏大程教授课题组利用MicroWriter ML3小型台式无掩膜光刻机制备出基于石墨烯场效应晶体管（g-FET）的生物传感器。该传感器上拥有Y形DNA双探针（Y-双探针），可灵敏且快速的实现新冠病毒的核酸检测分析。该传感器中的双探针设计，可以同时靶向新冠病毒核酸的两个目标基因区域：ORF1ab和N基因，从而实现更高的识别率和更低的检出限（0.03份μL−1)。这一检出限比现有的核酸分析低1-2个数量，可避免混检过程中样本病毒载量较低而产生漏网之鱼，实现的混合测试。该传感器也具有快的检测速度，快的核酸检测速度约为1分钟。由于快速、超灵敏、易于操作等特点以及混合检测的能力，这一传感器在大规模范围内筛查新冠病毒和其他流行病感染者方面具有巨大的应用前景。 【图文导读】图1. 基于g-FET的Y形双探针生物传感器的制备和表征。（a）Y形双探针生物传感器进行SARS-CoV-2核酸检测的流程图。（b）选定的病毒序列和探针在检测SARS-CoV-2时所靶向的核酸。ORF1ab: 非结构多蛋白基因 S: 棘突糖蛋白基因 E: 包膜蛋白基因 M: 膜蛋白基因 N: 核衣壳蛋白基因。图中数字表示SARS-CoV-2 NC_045512在GenBank中基因组的位置。（c）封装好的器件。图中的比例尺为1 cm。（d）石墨烯通道的光学照片。（e）在石墨烯上的Cy3共轭Y型双探针。图中的比例尺为250 μm。图2. Y形双探针g-FET生物传感器进行SARS-CoV-2核酸测试的性能表现。（a）SARS-CoV-2核酸样本准备流程。（b）和（c）ΔIds/Ids0随着SARS-CoV-2 IVT-RNA增加的实时改变。（d）ΔIds/Ids0随着SARS-CoV-2 IVT-RNA或cDNA浓度的变化曲线图。（e）ΔIds/Ids0在检测到人类，SARS-CoV和SARS-CoV-2的cDNA和IVT-RNA时的反应。所有数据源自三个不同的传感器。图3. Y形DNA探针和ss-DNA探针的g-FETs生物传感器的测试表现对比。（a, b）在石墨烯上的ss-DNA探针和Y形DNA探针的AFM表征结果。（c, d）分别为ss-DNA和Y形DNA探针在g-FETs生物传感器上的示意图。（e）不同探针下ΔVDirac在SARS-CoV-2 cDNA浓度为0.03到500份/100μL的人工唾液中的变化。（f）利用Y-A探针和Y形探针的传感器的ΔVDirac随着SARS-CoV-2 cDNA浓度的变化。（g）sy-DNA浓度在1x10-15至1x10-12M的条件下，Y-A探针和A探针在0.01xPBS条件下的ΔVDirac变换。（h）暴露在浓度为1μM下的目标DNA生物传感器的ΔVDirac变化。所有数据源自三个不同的传感器。图4. 测试临床SARS-CoV-2样本结果。（a）在添加人体H1和临床P1的样本后ΔIds/Ids0随时间的变化曲线。插图中所示的是诊断P1所用的时间。（b）ΔIds/Ids0在添加P1-P7和H1-H7后的变换。图中偏上的插图为P1-P7诊断时间的箱型图，图中偏下的插图为H1-H7的ΔIds/Ids0值。（c）g-FET传感器中的的ΔIds/Ids0随着P1浓变化的实时反馈结果。（d）五合一SARS-CoV-2核酸集体检测示意图。（e）在添加阳性样本B1-B6和阴性样本A1-A6后，Y形双探针g-FETs生物传感器的ΔIds/Ids0事实变化结果。插图为在添加集体样本A6和B6后ΔIds/Ids0随时间的变换。（f）Y形双探针g-FETs生物传感器的测试速度与其他检测SARS-CoV-2核酸方法速度的对比。【结论】魏大程教授课题组所研发的Y形双探针g-FETs生物传感器，是一种适用于大规模流行病筛选的新手段，突破了传统筛选手段诊断时间长和不能混合检测的瓶颈，在流行病筛选方面有巨大的应用前景。同时，从文中也可以看到随着流行病检测领域的需求逐渐增多，如何快速开发出符合需求的生物传感器显得十分重要。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，十分依赖灵活多变的光刻手段。MicroWirter ML3小型台式无掩膜光刻机可以任意调整光刻图形，帮助用户快速实现原型芯片的开发，助力流行病检测领域的研究。【参考文献】[1]. Direct SARS-CoV-2 Nucleic Acid Detection by Y-Shaped DNA Dual-Probe Transistor Assay，J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 41, 17004–17014

当前MOSFET器件的持续微缩所带来的功耗问题已经成为制约集成电路发展的主要瓶颈。研发新原理器件以突破MOSFET亚阈值摆幅（SS）为60mV/dec的室温极限，是实现高速度、低功耗CMOS技术和集成电路的重要途径。近年来，包括隧穿晶体管（TFET）、负电容晶体管（NCFET）、冷源晶体管（CSFET）等在内的多种器件技术为实现陡峭亚阈值摆幅和低功耗器件性能提供了思路。复旦大学微电子学院朱颢研究团队针对上述晶体管器件技术的关键需求，与美国国家标准与技术研究院（NIST）及美国乔治梅森大学合作，提出了一种具有陡峭亚阈值摆幅的负量子电容晶体管器件。研究成果以《Steep-Slope Negative Quantum Capacitance Field-Effect Transistor》为题在近日召开的第68届国际电子器件大会（IEDM，International Electron Devices Meeting）上发表，微电子学院朱颢以及美国NIST的Qiliang Li为通讯作者，课题组杨雅芬博士为第一作者，复旦大学微电子学院为第一单位。该工作将单层石墨烯二维金属系统集成于MoS2晶体管的栅极结构中，构建负量子电容晶体管（NQCFET）器件，利用单层石墨烯在低态密度条件下产生的负电子压缩效应，通过栅极电压调控形成负量子电容。类似于传统基于铁电材料的负电容器件，NQCFET器件中利用石墨烯提供的负量子电容贡献，实现内部栅压放大和小于60mV/dec亚阈值摆幅的特性。该工作中，通过对器件栅极叠层结构以及制备工艺的优化，实现了最小31mV/dec的亚阈值摆幅和可忽略的滞回特性，以及超过106的开关比，有效降低器件静态与动态功耗。同时结合理论仿真揭示了器件陡峭亚阈值摆幅的形成机理，为未来高速低功耗晶体管器件技术的发展提供了新的路径。该项研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。负量子电容晶体管器件结构与器件性能图

小分子作为分子量小于 1000 道尔顿的化合物，在生命活动中发挥着重要的作用。对小分子进行检测和分析，无论是在生物医学领域，还是在疾病的早期诊断中，都是非常必要的。目前，市场上已出现不少小分子检测方法，包括光谱学、电化学等技术，但它们也同时存在着各种缺点，比如操作复杂、通量小、设备昂贵等。与上述传统的检测技术相比，场效应晶体管（field-effect transistors，FET）这种传感器平台则具有诸多优点，如灵敏度高、响应速度快、即时检测等。在该平台中，石墨烯作为导电通道，当其与小分子相互作用时，和电荷转移相关的化学掺杂效应会改变它的电势，导致石墨烯 FET 通道的电导发生实时变化。其中，必须说明的是，小分子的电荷量或分析物的氧化还原性，对化学门控调制起着决定性作用。也就是说，这种晶体管传感器，更适用于检测那些带电量较多的分子，而无法很好地检测那些电荷很少、且氧化还原性能较弱的小分子。复旦大学魏大程研究员带领的课题组，以新型场效应晶体管材料的研发为研究重点（课题组主页：www.weigroupfudan.com）。近期，该课题组发现了一种光化学门控效应，可以通过引入额外的光门控调制，来提高小分子的检测灵敏度。基于此，他们在石墨烯 FET 通道上，生长了具有良好光敏性的共价有机框架材料，能够吸收大量的光能量，并产生丰富的光电子，进而放大对化学信号的电流响应。图丨团队合照（来源：魏大程）接着，该团队采用光门控和化学门控协同的策略，开发了一款光增强化学晶体管传感器，实现对不同小分子，包括中性分子在内的高灵敏检测。利用该器件，他们成功检测到由细胞产生的、浓度低于 10−19M 的二羰基代谢物甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO），至少比现有的技术低 5 个数量级。需要说明的是，MGO 是糖尿病、心血管病等疾病的重要参与分子，此前传统的小分子检测方法，很少能够实现对浓度低于 10−9M 的 MGO 的检测。在检测 MGO 的基础上，该器件还可以通过在共价有机框架材料上设计活性位点的方式，实现对其他具有不同电荷性质的小分子的检测。并且，对共价有机框架材料的分子结构进行调整，还能满足对其他疾病标志物的检测，比如蛋白质、离子、核酸等。图丨光增强化学晶体管（来源：Journal of the American Chemical Society）据魏大程介绍，该研究开始于 2018 年左右，整个过程持续了两到三年时间。“我们先是发现了一些光增强的电学响应信号现象，但并不清楚其中的机理，后来做了很多对比实验，同时也进行反复的讨论分析，才明白其实际上是光栅效应和化学效应的协同作用导致的。”他说。同时，他也表示：“我们利用光增强技术的好处是，能够对信号放大，使晶体管传感器发展成一个通用平台，既可以检测带电量较高的小分子，也可以检测带电量较低的小分子。”图丨光增强化学晶体管（来源：Journal of the American Chemical Society）2023 年 4 月 25 日，相关论文以《用于小分子超灵敏检测的光增强化学晶体管平台》（Photo-Enhanced Chemo-Transistor Platform for Ultrasensitive Assay of Small Molecules）为题在 Journal of the American Chemical Society 上发表[1]。图丨相关论文（来源：Journal of the American Chemical Society）复旦大学硕士研究生王乾坤、艾昭琳为该论文的共同第一作者，复旦大学魏大程研究员为论文的通讯作者。整体来看，该研究拓宽了晶体传感器平台的应用范围，具有快速、易于操作、高灵敏等优点的传感器件，有望在生物医学研究、健康监测和疾病诊断中实现应用。魏大程表示：“我们实验室主要想将晶体管传感器与医疗相结合，开展一些生化检测方面的研究。不过，实现小分子检测只是研究的一部分，这里面还有许多科学问题和技术问题有待解决。比如，我们想实现对癌症的检测。虽然这方面也已经有了很多相关技术，但在进一步提高检测的准确性上还有研究的空间，所以接下来我们也计划朝着这个方向进行探索。”此外，生化传感领域，尤其是晶体管传感技术，目前尚处于实验室阶段，现在，临床上还没有在大规模使用的产品。该团队也正在和相关企业进行交流，希望能够基于所开发的技术，打造一些具有较强实用性的产品，推动产业领域的应用。

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

中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所材料界面研究中心副研究员李佳团队，中科院院士、西北工业大学教授黄维团队，以及深圳先进院生物医学与健康工程研究所生物医学成像研究中心合作，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管用于X射线直接探测器，实现了超灵敏、超低辐射剂量、超高成像分辨的X射线直接探测。相关研究成果以Ultrathin and Ultrasensitive Direct X-ray Detector Based on Heterojunction Phototransistors为题，发表在Advanced Materials上。当前，X射线直接探测器多采用反向偏置二极管结构（图1a）。这类器件普遍缺乏内部信号增益效应或增益较低，这意味着没有足够的信号补偿方案来补充载流子复合过程中湮灭的电子-空穴对。因此，这类设备的光-电转化效率较低，且需要使用高质量和高度均匀的X射线光电导材料（Photoconductor）以保证有效的电子-空穴的产生和传输，这对探测器性能的进一步提升设定了难以突破的上限，也增加了材料、器件制备的复杂性和成本。科研团队在前期研究的基础上（Advanced Materials, 31,1900763,2019），提出异质结X射线光电晶体管（Heterojunction X-ray Phototransistor）这一新型器件概念，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管引入X射线直接探测。光电晶体管是三电极型光电探测器，其沟道载流子密度可通过调控栅压和入射光子进行有效调制，从而结合了晶体管和光电导的综合增益效应，如图1b所示。将这种高增益机制引入X射线探测器可以对光生电流进行放大，并使外量子效率远超过100%，进而实现超灵敏的X射线直接探测。本工作中，研究团队设计了由钙钛矿光电导材料与有机半导体沟道材料组成的异质结光电晶体管，实现了高效的X射线吸收，获得了快速的载流子再注入与循环，导致高效的载流子产生、输运与巨大的信号增益效应，使X射线直接探测灵敏度达到109μCGyair-1cm-2（图2c），最低可检测剂量率低至1 nGyair s-1。同时，探测器具有较高的成像分辨率（图2e）——X射线成像调制传递函数（MTF）在20%值下显示每毫米11.2线对（lp mm-1），成像分辨率高于目前基于CsI:Tl的X射线探测器。高增益异质结X射线光电晶体管为高性能X射线直接探测与成像开辟了新机遇，并体现出超灵敏、超低检测限、高成像分辨率、轻量、柔性（图2d）、低成本等优点，在医学影像、工业检测、安检安防、科学设备等领域具有广阔的应用前景。该成果将激发科研人员开发各种高增益器件以实现直接探测不同类型高能辐射的研究动力。研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。

自硅基半导体作为一个规模庞大的产业发展起来后，集成电路单位面积上晶体管的数量增加趋势始终遵循摩尔定律[1]。目前，硅基半导体中的关键尺寸（线宽或特征尺寸）已经降低到到10nm以下[2]。相比于硅基半导体，化合物半导体如SiC和GaN基半导体可以满足更苛刻的工作条件（高击穿电场、高热导率、高电子迁移率、高工作温度等），具有更大的输出功率和更好的频率特性，市场需求方兴未艾。化合物半导体的应用场景面向射频、高电压大功率、光电子等领域，不追求硅基半导体级别的先进制程工艺。如GaN制程的基本线宽在0.25～0.50µ m ，生产线以4英寸为主[3]。图1 电子束和样品的相互作用区域及逸出的信号半导体器件结构的微细化演进对电子显微镜视野下的微区元素分析带来了很大的挑战。在电子显微镜中，电子束照射在观察区域上，形成水滴形的相互作用区域，如图1 所示。从该区域中会逸出多种信号，如观察表面形貌的二次电子（SE）、区分成分衬度的背散射电子(BSE）和分析成分的X射线。电子显微镜会配置不同的探测器来接收这些信号进行成像。能谱仪（EDS, Energγ Dispersive Spectrometer）以X射线为信号源分析微区成分分布。图1也显示，这几种信号源的深度不同，SE最浅，BSE次之，X射线最深。不同信号源的逸出深度可以解释同样条件下SE、BSE和EDS成像的空间分辨率差异。

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 integration of 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