半導體技術

高亮度的短波紅外有機發(fā)光器件

華南理工大學吳宏濱教授課題組聯(lián)合西安近代化學研究所、香港城市大學和北京大學等研究團隊開創(chuàng)有機半導體短波紅外電致發(fā)光新研究方向。相關成果發(fā)表于《自然·光子學》（Nature?Photonics）。有機發(fā)光二極管技術（OLEDs）在可見光和近紅外波段已取得長足進步，在信息顯示、半導體照明等領域得到廣泛應用。然而，發(fā)射波長峰值在短波紅外波段、輻射強度具備實用價值的高亮度有機發(fā)光器件仍然是一個多年來從未突破過的技術難題。受半導體材料中光吸收和發(fā)射過程存在倒易關系啟發(fā)，研究團隊提出利用目前成為有機光伏電池受體材料的給體-受體-給體（A-D-A）型稠環(huán)有機半導體作為發(fā)光材料，制備高性能短波紅外發(fā)光二極管。

準一維拓撲材料的電子結構研究

上海微系統(tǒng)所葉茂研究員、喬山研究員團隊與東京大學近藤武司（Takeshi?Kondo）教授等合作，成功制備了一種準一維拓撲材料TaNiTe5，并首次直接觀測到了該材料中強弱拓撲序共存的獨特電子結構。相關成果發(fā)表于《物理評論快報》（Physical?Review?Letters）。維度對于拓撲材料極為重要：拓撲材料具有受對稱性保護的邊緣態(tài)，從而使得由缺陷或雜質引起的電子背散射被禁止；而進一步將拓撲材料的維度降低到一維則會顯著增強電子的各向異性，使邊緣態(tài)中自旋極化的電子被限制于一維導電通道中，從而最大限度地避免散射的發(fā)生以達到更高的遷移率、更長的自旋弛豫時間。相關工作全面而系統(tǒng)地揭示了TaNiTe5材料中“雙拓撲”共存的獨特拓撲性質。

一種自旋存算器件全電寫入新方式

中國科學院半導體研究所朱禮軍團隊發(fā)現(xiàn)一種由擴散電流（spreading?current）引起、廣泛存在于微納米器件和具有重要影響的垂直有效磁場，并發(fā)展了不同極化方向自旋（σx，σy，σz）的可靠測量方法。相關成果發(fā)表于《應用物理評論》（Applied?Physics?Reviews）。自旋電子學存算器件是后摩爾時代信息科學的潛在解決方案之一。如何實現(xiàn)垂直磁各向異性比特的高能效全電驅動是目前高密度自旋存算技術亟待突破的重要課題。傳統(tǒng)材料（如重金屬和拓撲材料等）由于對稱性保護只能產(chǎn)生面內橫向極化自旋（σy），其角動量無法翻轉垂直磁各向異性比特。因此，科學家們開始尋找垂直有效磁場和垂直極化自旋（σz）的有效產(chǎn)生方法。

利用中紅外圓偏振光電效應揭示半導體碲中的與外爾有關的光學響應

北京大學物理學院量子材料科學中心孫棟教授與中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院，中國科學院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授合作，在中紅外波長下對碲（Te）進行了圓偏振相關光電流的測量，為支持碲（Te）作為“外爾半導體”提供了有力的光學證據(jù)。相關成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。外爾半金屬由于其具有非平庸的能帶結構，產(chǎn)生了許多與之相關的新奇拓撲特性，“外爾半導體”是相關領域下一個重要研究內容之一。實驗發(fā)現(xiàn)，外爾半導體Te同時具有超高的遷移率、應變和厚度可調的帶隙，以及二維分層結構與優(yōu)良的空氣穩(wěn)定性。

原子級平整界面處聲子非彈性輸運

清華大學深圳國際研究生院孫波副教授、上海交通大學顧驍坤副教授、北京大學王新強教授等人合作，在金屬半導體界面的導熱機制上取得新進展。相關成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。散熱成為制約半導體器件穩(wěn)定性、可靠性、壽命等的技術瓶頸之一。特別對于納米尺度半導體器件，增加界面導熱是提升散熱性能中關鍵一環(huán)。因此，研究界面熱輸運對于半導體器件的散熱具有重要的應用價值和科學意義。經(jīng)合作研究，團隊發(fā)現(xiàn)了在原子級平整的Al/Si、Al/GaN界面處的聲子非彈性輸運過程，而這個過程被視為界面處額外的聲子輸運通道，可提高界面熱導，從而提升界面的散熱性能。

Mo5Si3中通過磷/砷摻雜實現(xiàn)最高Tc～10.8K的強耦合超導電性

中國科學院物理研究所SC10組博士后阮彬彬和任治安研究員等人，與安徽大學物質科學與信息技術研究院聯(lián)合培養(yǎng)研究生孫俊男、單磊教授組成的團隊，為實現(xiàn)Mo5Si3的電子型載流子摻雜調控，詳細研究了相關體系中Si位的As摻雜合成條件，發(fā)現(xiàn)在1600℃高溫下通過固相反應可以成功實現(xiàn)As對Mo5Si3的摻雜調控。相關成果發(fā)表于《無機化學》（Inorganic?Chemistry）。通過一系列的高質量樣品制備和摻雜研究，他們發(fā)現(xiàn)As摻雜引入的電子將相關體系從拓撲半金屬轉變?yōu)槌瑢w。通過低溫比熱測量與第一性原理能帶計算表明，較高的超導溫度與As引入的電子摻雜導致的費米面附近態(tài)密度的極大增強有關。

高熵合金研究進展

東北大學材料學院李逸興、張雪峰課題組采用直流電弧等離子體制備技術，成功將一系列高熵合金納米顆粒原位封裝在石墨殼中，制得具有核@殼包覆結構的高熵合金@石墨納米膠囊材料（HEA@C-NPs），并利用其獨特的核@殼結構實現(xiàn)了對光熱轉換性能的優(yōu)化提升。相關成果發(fā)表于《材料學報》（Acta?Materialia）。研究將一系列具有不同3d過渡金屬組元的高熵合金納米顆粒原位封裝于高缺陷密度石墨殼中，借助石墨包覆殼的光吸收性能及其高缺陷密度帶來的熱導率降低，進一步提升高熵合金納米顆粒的光熱轉換性能，揭示HEA@C-NPs光熱轉換性能的優(yōu)化機理，為高性能光熱轉換材料的制備和研究提供了新的理論和設計策略。

首次測定超高熱導率半導體——砷化硼的載流子遷移率

國家納米科學中心劉新風研究員團隊聯(lián)合休斯頓大學包吉明團隊和任志鋒團隊在超高熱導率半導體——立方砷化硼（c-BAs）單晶的載流子擴散動力學研究方面取得重要進展，為其在集成電路領域的應用提供重要基礎數(shù)據(jù)指導和幫助。相關成果發(fā)表于《科學》（Science）。2018年，具有超高熱導率的半導體c-BAs的成功制備引起了人們極大興趣，c-BAs不僅具有高的熱導率，由于其超弱的電聲耦合系數(shù)和帶間散射，理論預測c-BAs還同時具有非常高的電子遷移率和空穴遷移率，這在半導體材料系統(tǒng)中是非常罕見的。立方砷化硼高的載流子和熱載流子遷移速率，以及其超高的熱導率，表明其可以廣泛應用在光電器件、電子元件中。