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《美国研究人员发明一种可用于生产下一代半导体材料的新型晶体堆叠技术》

  • 来源专题：后摩尔
  • 编译者： shenxiang
  • 发布时间：2020-03-10

  • 据EurekAlert!网站2月5日消息，美国威斯康星大学和麻省理工学院的研究人员合作，发明了一种可用于生产下一代半导体材料的新型晶体堆叠技术。研究团队将石墨烯薄膜作为衬底，通过外延生长的方式制备结构复杂的氧化物单晶，并将其从石墨烯薄膜上剥离下来。通过组合不同类型的氧化物单晶，研究团队实现了各类半导体晶体材料的堆叠。试验结果表明，新型晶体堆叠技术可用于钙钛矿、尖晶石和石榴石等晶体的堆叠。研究人员表示，该技术可用于耦合不同种类的材料，未来有望应用于通信、量子信息和低功耗电子等众多领域。相关研究成果发表于《自然》期刊。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1939-z
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  • 《新型半导体压力传感器！一种将应变转移到半导体材料上的新技术》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-10-31
    • 在诸如高性能红外传感器和能量转换装置等应用中，使用压力来改变半导体性能显示出越来越大的前景。美国伦斯勒理工学院的研究人员利用一种新颖、非传统的晶体界面，对这种方法进行了更为强大和动态的调整。 “在功能材料中引入应变或压力的传统方法是在基板上生长这种材料，这种材料在材料化学上与薄膜材料相似，但在晶格常数上有所不同。在我们的工作中，我们打破了这种传统的思维”，Rensselaer理工学院材料科学与工程助理教授Jian Shi说。 这项研究在最近一期的《Science Advances》（非均匀软晶体应变工程中的缺陷外延VO2±δ界面）中进行了详细的介绍。 以前利用应变来改变半导体性能的研究主要集中在薄膜和基板之间形成相干外延界面，以将应变从衬底转移到薄膜上。例如，在弹性应变工程中，人们在硅上生长锗、氧化物、硫族类的硫化物。 《Science Advances》介绍了一种新的先进的方法，将一种不同，但技术上很重要的半导体材料——卤化物钙钛矿——沉积到二氧化钒衬底上。卤化物钙钛矿对二氧化钒基底的化学性质影响不大。但是，当二氧化钒和卤化物钙钛矿结合在一起时，会形成异质界面，使得应变能够有效地转移到半导体材料上。 这项研究使用了一种特殊设计的基材——二氧化钒，它能够进行结构的相转变，这意味着它在不同的温度下可改变结构。研究人员利用结构相变对化学气相沉积在其表面上的薄膜半导体施加应变。 为了在半导体层中产生大的应变，Shi实验室的研究生Yiping Wang对二氧化钒进行了改性，通过控制二氧化钒在化学气相沉积过程中氧的分压来添加和除去材料中的氧原子。 由此产生的“缺陷工程”的二氧化钒纳米团簇阵列在温度刺激下具有大的结构变化，并且可以通过三个相变移动，允许它们更精确地调节施加在半导体上的压力量。 这种非常规的方法表明，半导体晶体的机械柔软性可能是应变工程成功的关键。使用较软的半导体、适中的界面和更动态的衬底，研究人员能够在纳米尺度上以可逆的方式动态地改变半导体的物理性质。所传递的压力足够大，足以触发半导体晶体中的结构和电子相变。在高压下，用不同但技术上不切实际的方法证明了这种晶体中的这种转变。
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  • 《科学家发明了用于下一代激光技术的超薄光学晶体》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2024-01-10
    • 中国研究人员使用一种新理论发明了一种新型高能效超薄光学晶体，为下一代激光技术奠定了基础。 北京大学物理学院王恩哥教授近日告诉新华社记者，该团队制造的扭曲氮化硼（TBN）厚度为微米级，是目前世界上最薄的光学晶体。与相同厚度的传统晶体相比，其能效提高了100到10000倍。 王中林院士表示，这一成果是中国在光学晶体理论方面的原创性创新，开创了利用轻元素二维薄膜材料制造光学晶体的新领域。 该研究结果最近发表在《物理评论快报》杂志上。 激光是信息社会的底层技术之一。光学晶体可以实现频率转换、参量放大和信号调制等功能，是激光器件的关键部件。 在过去的60年里，光学晶体的研究和开发主要受到美国科学家提出的两种相位匹配理论的指导。 然而，由于传统理论模型和材料系统的局限性，现有的晶体难以满足未来发展激光器件的要求，如小型化、高集成化和功能化。 激光技术的发展需要光学晶体理论和材料的突破。 王恩哥和北京大学物理学院凝聚态与材料物理研究所所长刘开辉教授带领团队发展了扭曲相位匹配理论，这是基于轻元素材料体系的第三种相位匹配理论。 刘鹏解释说：“光学晶体产生的激光可以被看作是一列前进的个体。扭曲机制可以使每个人的方向和步伐高度协调，大大提高激光的能量转换效率”。他也是北京怀柔国家综合科学中心光元素量子材料跨学科研究所的副主任。 他说，这项研究开辟了一种全新的设计模型和材料体系，实现了从基础光学理论到材料科学技术的全链原始创新。 刘鹏补充道：“TBN晶体的厚度范围为1至10微米。我们之前知道的光学晶体的厚度大多在毫米甚至厘米的水平。” TBN生产技术目前正在美国、英国、日本等国家申请专利。该团队已经制作了TBN激光原型，并正在与企业合作开发新一代激光技术。 王恩哥说：“光学晶体是激光技术发展的基石，激光技术的未来取决于光学晶体的设计理论和生产技术”。 王恩哥表示，TBN晶体具有超薄的尺寸、出色的集成潜力以及新的功能，预计未来将在量子光源、光子芯片、人工智能等领域实现新的应用突破。
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