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《新型手性有机半导体面世 有助开发更高性能的显示屏》

  • 来源专题：能源情报网监测服务平台
  • 编译者： 郭楷模
  • 发布时间：2025-03-19

  • 来自英国剑桥大学和荷兰埃因霍芬理工大学等机构的科学家，研制出一种新型手性有机半导体。这种半导体能让电子以螺旋方式移动，极大提高有机发光二极管的性能，为电视、智能手机等带来更好的显示屏。此外，还有望推动自旋电子学和量子计算等下一代计算技术的发展。相关论文发表于13日出版的《科学》杂志。

    这种新型半导体能够发射圆偏振光，这意味着光携带有关电子手性的信息。在自然界中，许多分子都拥有手性特征，即表现出类似左手和右手这样宛如彼此镜像的结构。手性在DNA形成等生物过程中扮演重要角色，但在电子学领域却很难驾驭和掌控。因为大多数无机半导体，如硅，其内部结构具有对称性。

    研究团队从大自然中汲取灵感，巧妙运用分子设计策略，让半导体分子有序地堆叠成右旋或左旋螺旋结构，从而制造出这种手性半导体。精心设计分子的结构，首次实现了结构的手性与电子运动的完美结合。

    该半导体基于三氮杂钌（TAT）材料，这种材料能自组装成螺旋堆叠形式，从而使电子能沿其结构螺旋行进。团队将其整合到圆偏振有机发光二极管（OLED）内，这些设备显示出破纪录的效率、亮度及偏振水平，性能远超同类产品。

    手性半导体有望在显示技术领域大显身手。当前显示器屏幕由于过滤光线的方式，存在大量能源浪费，而这种手性半导体则能有效减少光损失，让屏幕更加明亮且节能。除应用于显示器外，还将对量子计算和自旋电子学产生影响。自旋电子学致力于探索利用电子自旋或固有角动量来存储和处理信息，这一领域有望带来更快、更安全的计算系统。

  • 原文来源：https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2025/03/17/detail_20250317204931.html
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相关报告

  • 《降低OLED显示器能耗的技术或将面世》
    • 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：2019-07-19
    • 据外媒报道，由来自日本理化学研究所（RIKEN）表面与界面科学实验室科学家Kensuke Kimura带领的一个国际研究小组，日前正在开发一种能够降低OLED显示器能耗的技术。 该研究小组最近一篇名为《单分子中选择性三重态激子的成形》的文章发表在《Nature》杂志上。关于该技术，以下有关背景需要了解一下。 穿过OLED材料的电流导致了激子的形成，而激子则是成对的电子和空穴。更准确地来讲，注入到OLED材料中的电流以1比3的比例形成自旋 - 单重态激子（具有相反的自旋）和自旋 - 三重态激子（具有相同方向的自旋）。单重态是更高能量状态，可以转换为三重态。当单重态或三重态转换为较低能量状态时，就会产生光。 当前一代OLED材料中的磷光（现象）通常是基于三重态的衰变。基于这一事实，使用能量来制造更高能量的单重态效率并不高。仅产生三重态并且通过三重态衰变而发光的材料/工艺应具有较低的OLED工作电压，因此能够提高整体OLED显示器的能量效率。然而，到现在为止，还没有开发出加强三重态直接形成的有效方法。因此，该研究团队展开的研究旨在解决这一问题。 该团队最近的研究，旨在了解激子产生背后的基本物理原理。为此，该团队制备了一种基于有机半导体的模型系统，称为3,4,9,10- 苝四羧酸二酐（PTCDA）。该半导体吸附在由三个单层NaCl组成的超薄绝缘膜上，而该单层NaCl则是由Ag（111）构成的金属膜支撑。在这里需要指出的是，（111）指的是银的晶体结构。他们通过一种特定的方法给与分子负电荷。在下一步骤中，来自扫描隧道显微镜（STM）的电流可诱导该分子发光。由该过程产生的激子类型由分析发射光谱的光学检测系统确定。 当施加高电压时，磷光和荧光信号均出现了。但是，当施加低电压时，却只出现了磷光（现象）。这些结果表明三重态激子的选择性形成过程，不会产生单重态激子。理论计算证实了该实验结果并验证了其机理。 下图（a）部分说明了测量的配置；（b）部分则是被吸附在生长在Ag（111）上的NaCl上的PTCDA的扫描隧道显微镜图像；（c）部分则是由该材料产生的发光光谱。 在描述他们的试验结果时，该团队表示：“我们相信，我们之所以能够做到这一点，主要是由于先前未知的机制，其中电子可根据其自旋状态被选择性地从带电分子中移除。随后，我们又证实了一种操纵激子的新方法，该方法对于OLED内的电子传输至关重要。可以通过操纵分子内部的电子自旋，从而控制伴随OLED中激子形成而产生的电子传输过程。” 在他们的研究论文中，他们表示，预计“设计一种考虑到交换互动的设备可以实现具有较低工作电压的OLED”。
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  • 《欧洲半导体产业调查：聚焦工业和车用半导体》
    • 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：2018-05-23
    • 自1987年以来，欧洲“三巨头”几乎从未跌出过全球半导体企业20强。欧洲半导体产业如今的问题更多在于缺乏新兴企业，主要厂商仍然是过去的几家巨头。 高通收购恩智浦案的关注度早就超出了行业的范畴。 5月14日彭博社报道称，中国监管机构已重启了对高通440亿美元收购恩智浦的交易的审查，受此影响，高通与恩智浦股价均在当天有所上涨。5月15日，路透社又报道，尽管该项交易有望迎来关键突破，但目前还未有实质性进展。 如今计算机技术已越来越多地被应用于汽车之中，作为车用半导体领域霸主的恩智浦在这一趋势中将显著受益。而随着全球智能手机市场日趋饱和、专利授权模式饱受质疑，高通则正在遭受着业绩的困扰，对恩智浦的收购已显得尤为重要。 恩智浦在汽车电子领域的强势正是如今欧洲半导体产业的一个缩影。 在过去近30年中，随着一系列的战略调整和对部分业务的主动放弃，欧洲半导体厂商如今已聚焦于细分市场，并且在特定领域手握巨大的市场和技术优势。而这又离不开欧洲大的工业和科技产业背景。 “欧洲半导体产业可以依托欧洲在机械工程和汽车工业上的传统优势。这一‘遗产’直接引出了欧洲半导体产业最具竞争力的领域：功率半导体和车用半导体。”英飞凌公司一位发言人对21世纪经济报道记者表示。 从9%到6%：30年 “稳定”的欧洲半导体产业 从1990年到2017年，全球半导体市场从510亿美元增长至了4086.9亿美元。半导体产业在过去30年经历了显著的变迁：个人电子设备对大型计算机的替代带来了市场的变化，半导体厂商也经历着模式上的转变。这也注定了产业内的洗牌。 数据显示，依照营收，1990年时，日本曾占据着全球十强半导体企业中的六席，日企在全球市场的份额亦达到了49%；而到2017年，该榜单上已仅有东芝一家，日企的市场占有率也在该年降至了7%。取而代之的是北美企业，其市占率同期由38%提升至49%，在全球十大半导体企业中也占据了半壁江山。此外，除日本外的亚太地区的市场份额也从4%跃升至37%。 同期，欧洲半导体企业市场份额从9%变为了6%。此外，自1987年以来，欧洲“三巨头”几乎从未跌出过全球半导体企业20强。其间，荷兰飞利浦半导体和德国西门子半导体分别脱离了原有公司独立发展成为了恩智浦（NXP）和英飞凌（Infineon），意法半导体集团（SGS-Thomson）也更名成为了意法半导体有限公司（ST）。 考虑到同期半导体市场惊人的增速以及新晋玩家的崛起，在这样一个周期性兴衰明显的产业，欧洲企业已可谓是表现平稳。 这并非易事。以恩智浦为例，2006年飞利浦选择了将其大部分半导体业务出售，恩智浦半导体由此成立。2006年和2007年，恩智浦营收分别增长4.1%和1.3%，但在2008年其营收骤降13.9%，占有率也由2.1%降至1.6%。2009年，公司营收继续大幅下降29.4%，占有率跌至了1.4%。 这和行业的周期性衰退有关。2008年和2009年，全球半导体市场分别衰退了5.2%和11.7%，但恩智浦所面临的挑战远大于行业平均水平。 2010年，虽市场份额进一步下滑至1.3%，恩智浦的营收却同比增长24.3%。其后虽仍偶有波动，但整体已处于上升态势。2017年，恩智浦营收达88.63亿美元，虽较2016年的93.06亿美元下降4.8%，但在IHS Markit 2017年十大半导体供应商排名中仍位列第九，市场占有率也重回2.1%。 中国半导体投资联盟秘书长王艳辉对21世纪经济报道记者表示，尽管近几年在新兴消费电子方面欧洲半导体企业显得“稍差一些”，但恩智浦、ST等企业在传统领域整体表现“依然强势”。在他看来，欧洲半导体产业如今的问题更多在于缺乏新兴企业，主要厂商仍然是过去的几家巨头。 聚焦工业和车用半导体 细分市场 出于对移动和个人业务市场的看好，恩智浦曾收购了Silicon Labs蜂窝通信业务。此外，也在家庭应用半导体领域瞄准数字电视、机顶盒等市场，并希望凭借在模拟电视市场的领先优势抢占先机。 但回头看，这些努力都算不上成功。于是，恩智浦先后在2007年、2008年和2010年，将无线电话SoC业务、无线业务和家庭业务部门予以出售或剥离，并将注意力重新放回了自飞利浦时代确立起的优势领域：汽车电子和识别业务。此外，恩智浦还在2009年出售了其CMOS IP业务，为新的突破点腾出了资金和精力。 2009年，恩智浦开始发力高性能混合信号（HPMS）产品，并重点制定了相应的运营策略。2010年时，HPMS部门营收已占到了公司营收的65%。近日，恩智浦发布的2018年第一季度财报显示，当季22.69亿美元的营收中，包括了车用电子和安全相关业务的HPMS部门占到21.66亿美元，占比已超95%。 在脱离飞利浦近4年之后，恩智浦于2010年8月6日登陆纳斯达克市场。其走出困境之后的上升态势也体现在了股价上。截至2018年5月17日，恩智浦股价收于106.71美元，近52周高点为125.93美元，8年上涨近9倍（上市之初股价为14美元）。 IHS Markit半导体制造研究部门执行总监Len Jelinek对21世纪经济报道记者表示，在十年前，欧洲半导体供应商已意识到了其不会去寻求对移动或个人电脑市场的支配。 “他们依照终端市场，对其所支持的产业进行了审视，判断出车用半导体和工业半导体是在欧洲有着强大存在的两个细分市场。”Jelinek表示，“这就导致了英飞凌、恩智浦和ST都将公司战略发展聚焦在了工业和车用半导体科技上。” 聚焦使得深耕成为可能。英飞凌目前认为，除技术优势外，公司最核心竞争力即是“从产品到系统”的战略路径。“我们希望能更好地理解客户市场的系统和需求，以使我们在半导体方面的专业能力能够更加精确地被应用。”英飞凌一位发言人对21世纪经济报道记者表示。 此外，设备巨头ASML和ASM，以及IP巨头ARM也均是欧洲半导体产业中的重要成员。“ARM是一个专业的IP公司，其方案在全球范围内广泛应用于半导体芯片的设计。”Jelinek表示。 而在王艳辉看来，设备厂商ASML已是如今半导体产业“最火”的公司之一，其光刻机业务“已基本做到了独一无二”。依照营收，来自荷兰的ASML和ASM在2016年的半导体设备厂商中分别排名第二和第十。在2018年5月发布的最新一期半导体设备厂商评分显示，在大型半导体设备方面，ASML和ASM分别以9.05和7.45的得分位列全球第三和第七。 集邦拓墣产业研究院分析师姚嘉洋对21世纪经济报道记者表示，欧洲国家在工业与车用领域早已耕耘相当长时间，拥有厚实的技术基础和实力，这正是欧洲厂商能够保持稳定并在特定领域拥有优势的原因。 “工业、车用领域，与消费电子最大的不同之处就在于其进入门槛相对较高，各领域有功能性安全规范必须遵守。”姚嘉洋指出，由于欧洲半导体厂商大多具备IDM的优势，能够在设计、制造、封测等环节上全部满足相关规范，同时打造极具竞争优势的产品，这是竞争对手在短时间内无法复制的。 Jelinek也对21世纪经济报道记者表示，受区域标准和法规影响，欧洲公司在建立汽车电子标准方面将继续处于领导地位。“这将使得欧洲半导体厂商在欧洲车用半导体市场上继续保持支配优势。” 　革新派 自1960年代集成电路产业兴起以来，一条龙式的自有产品设计、量产与封测的IDM模式曾长期是半导体产业的主流。 不过半导体制造业具有规模经济特征，企业扩大生产规模能够有效降低单位产品的成本，提升竞争力。此外，半导体制造业对投资的需求也颇高，除新建生产线外，设备维护、更新与新技术开发等均耗资巨大。 在此条件下，1990年代初Fabless（无晶圆）模式和Foundry（晶圆代工）厂商开始兴起，台积电（TSMC）在1987年的成立是这一过程中的里程碑式事件。 进入21世纪后，由于加工工艺和设备成本的上升，许多IDM厂商已逐渐无法通过投资生产线实现收益，而代工厂则可通过为不同客户代工同类产品而实现获益。台积电在这一变革中成长迅速，如今已成为仅次于英特尔和三星的世界第三大半导体厂商。 在此背景下，介于IDM和Fabless之间的Fab-lite模式逐步成为目前半导体产业的主要模式之一。欧洲在这一变革中走在了前列，恩智浦、ST和英飞凌均较早选择了Fab-lite策略。 此外，欧洲半导体厂商在向细分市场调整的过程中，多有“壮士断腕”之举：近年来，他们都曾有过出售旗下部门的记录，其中还不乏较为优势的业务部门。 姚嘉洋指出，英飞凌在2011年出售给英特尔的无线业务部门，如今已为英特尔取得了来自苹果的手机Modem业务订单，打破了高通此前对此业务的“独享”；此外，英特尔也借此致力于发展5G技术。 “英飞凌之所以会出售该部门，是希望能集中资源聚焦获利更高的应用领域，如功率半导体和汽车电子。”姚嘉洋表示，欧洲半导体企业近年出色的财务表现已经证明，他们为适应未来产业发展潮流而对旗下产品进行的调整策略是正确的。 英飞凌方面也向21世纪经济报道记者表示，公司的三大支柱战略之一即是专注于其可以取得领先地位的市场，如车用电子、电源供给、工业功率电子、射频技术和安全等。 “守旧者” 欧洲半导体企业是革新者，但此种革新很大程度上依托于欧洲长期以来在汽车工业等重要领域打下的产业基础。 谈及以5G和人工智能为代表的新兴前沿科技，姚嘉洋坦言，单论5G，欧洲半导体厂商目前显然处于缺席状态，短期来看似乎也不太会有深耕5G芯片市场的打算。“原因在于5G进入门槛相当高，竞争相当激烈，欧洲半导体厂商也打定主意，更聚焦原有市场并提高其进入门槛，避免其他竞争对手进入。”他表示。 在人工智能和自动驾驶方面，欧洲厂商则不会缺席。“人工智能与自动驾驶彼此相辅相成，自动驾驶已是不可避免的趋势，目前ST和恩智浦皆已有所行动。”姚嘉洋表示。 此外，王艳辉认为，尽管长期以来欧洲都是产业创新的源头之一，这也是近年来一些美国、中国公司依然偏好前往欧洲收购一些小型半导体厂商的原因，“但（欧洲）如今的环境，再想发展出大企业是比较难了。” 恩智浦和英飞凌分别脱胎于飞利浦和西门子这两大传统电子巨头，但如今，欧洲已少有其他强势电子品牌，包括曾经的手机巨头诺基亚也已衰落并转型。“欧洲的终端品牌基本彻底衰落了，这也会带来IC产业的衰落。”王艳辉表示，欧洲再想有半导体新公司崛起已较为困难。 巨头依然需要开拓新的优势领域。英飞凌公司发言人对21世纪经济报道记者表示，弱势领域或能触发在专业技术方面的变革。“随着欧洲半导体厂商越来越多地放弃存储芯片和CMOS技术，新的强势项目需要被找寻。” 并购也是近年来谈论半导体产业所无法忽视的一方面，而欧洲半导体厂商在这一轮整并风潮中大多扮演了较为被动的角色，例如高通正在进行中的对恩智浦的收购、英特尔对原英飞凌旗下的无线业务部门的收购。 不过在姚嘉洋看来，目前这一波半导体产业整合的风潮已经落幕，短期内不会再有大型的并购案发生。
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