期刊信息
期刊名称：微纳电子技术
曾用刊名： 半导体情报
创刊时间：1964年
更名时间：2002年
主管部门：中国电子科技集团公司
主办单位：中国电子科技集团公司第十三研究所
出版日期：每月15日
ISSN：1671-4776
CN：13-1314/TN
邮发代号：18-60
网址：www.bdtq.cbpt.cnki.net
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二氧化钛薄膜真空制备工艺、微观动力学机制及前沿应用研究进展
付学成;王英;乌李瑛;付刘成;史凯旋;二氧化钛(TiO2)凭借其卓越的光学折射率、化学稳定性及半导体特性，已成为现代光电子、精密光学及能源转换领域的核心材料。系统综述了磁控溅射(MS)、高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)、双极脉冲高功率磁控溅射(BPH)、原子层沉积(ALD)等二氧化钛薄膜的主流真空制备技术，深入剖析了制备过程中的靶中毒效应、自限制反应动力学及离子辅助致密化等关键物理现象。重点强化了制备参数对微观缺陷、晶相演化(锐钛矿、金红石)的影响及其在前沿应用中的核心影响机制。同时系统综述了二氧化钛在引力波探测、神经形态计算(忆阻器)、高功率激光抗损伤涂层及钙钛矿太阳能电池等领域的最新研究成果，探讨了原子级厚度控制与结构调控对降低机械损耗、提高载流子迁移率及增强损伤阈值的贡献。
基于二茂铁分子改性的钙钛矿太阳能电池研究进展
王洪光;李亚京;卢孟涵;崔洪军;陈聪;二茂铁(Fc)及其衍生物凭借其可逆氧化还原活性、优异热稳定性及灵活的分子可设计性，已成为调控钙钛矿太阳能电池界面与缺陷的关键材料，在钙钛矿晶体体相、表面及异质界面调控中发挥核心作用。其作用机制主要包括通过Fc/Fc+可逆循环实现缺陷钝化、优化界面能级排列、改善电荷动力学行为以及抑制离子迁移等。系统综述了二茂铁及其衍生物在提升钙钛矿太阳能电池光电性能与稳定性方面的研究进展，并指出未来应聚焦于功能基团的精准调控、原位表征技术的应用以及低成本规模化分子设计，以推动基于二茂铁体系的高效、稳定、可商业化的钙钛矿太阳能电池的发展。
光激发增强过渡金属二硫化物气敏性能研究进展
任苏月;陈城勇;郑晓虹;气体传感器作为嗅觉传感的核心元件，可精准识别环境中气体的种类与浓度，在环境监测、食品安全、医疗健康等领域应用前景广阔。传统半导体气体传感器依赖高温驱动，存在能耗高、检测限偏高等问题。光激发通过引入光生载流子，协同促进氧分子与目标气体的表面反应及界面电荷转移，为提升气敏性能提供了有效途径。二维过渡金属二硫化物(TMD)因带隙可调、高比表面积和优异光电特性，是光激发气体传感器的重要候选材料。系统综述了WS2、MoS2、SnS2及WSe2基光激发气体传感器的研究进展，比较了不同材料的检测限、响应/恢复时间和工作温度等方面的差异，探讨了缺陷调控、异质结构建和贵金属修饰等典型增敏策略，为TMD基光激发气体传感器的性能优化与实用化发展提供全面参考。
一种应用于窄带接收机的带频率校准的有源复数滤波器的设计
王雪原;黄东;刘晓锋;王松;李嘉翔;设计了一款应用于射频窄带接收机的带频率校准的有源复数滤波器。该滤波器电路基于低插损无源低通二阶滤波结构进行传输函数推导计算，并通过器件级设计实现了优异的信号选择性和可重构性。该滤波器电路包含一个频率校准模块，基于其积分器件，提出一种双端线性校准方案，弥补工艺、温度和系统干扰造成的频率偏移，提高了稳定性。另外，为了适用消费类应用场景，在保证性能的同时极大地优化了功耗和面积。测试结果表明，该滤波器电路的中频为282.5 kHz,通带带宽50.6 kHz/100.5 kHz/199.1 kHz/498.5 kHz可重构，通带电压增益最高18.03 dB,镜像抑制比大于50 dB,噪声系数小于39 dB,整体面积为291μm×465μm,功耗电流为676μA,频率校准偏差优于±1%。该滤波器已成功应用于一款频移键控/高斯滤波频移键控/开关键控(FSK/GFSK/OOK)调制方式的射频窄带接收机上。
菱方相Hf0.5Zr0.5O2与IGZO集成及其非易失薄膜晶体管
朱殿臣;尹志岗;吴金良;张兴旺;针对传统基于正交相氧化铪的铁电存储器存在工作电压高、耐久性不足的问题，提出了一种将亚稳菱方相Hf0.5Zr0.5O2与铟镓锌氧化物(IGZO)沟道全氧化物集成的方案。通过优化磁控溅射沉积与快速热退火工艺，确定了制备菱方相Hf0.5Zr0.5O2铁电薄膜的最佳工艺窗口。结合掠入射X射线衍射与高分辨透射电子显微镜表征，证实所制备的Hf0.5Zr0.5O2薄膜具有高纯度的菱方相结构。通过调控溅射氧分压，获得了电子密度为6.6×1017 cm-3、载流子迁移率达18.7 cm2·V-1·s-1的高质量IGZO薄膜。Hf0.5Zr0.5O2薄膜及其上生长的IGZO薄膜均具有优异的表面平整度，均方根粗糙度分别为0.37 nm和0.55 nm。基于IGZO/Hf0.5Zr0.5O2堆叠结构构建了薄膜晶体管，其转移特性曲线具有明显的回滞，表明铁电菱方相Hf0.5Zr0.5O2栅介质对IGZO沟道具有高效的极化调制能力，成功实现了非易失存储功能。器件存储窗口约为3.8 V,对应的菱方相Hf0.5Zr0.5O2翻转电场强度约0.76 MV/cm,显著低于正交相Hf0.5Zr0.5O2的典型实验数值。
压阻式压力传感器研究进展
朱相宜;马少杰;冯飞;简要介绍了压力传感器应用场景、分类及压阻式压力传感器国内外研究现状。阐述了压阻式压力传感器的基本原理、传感器结构及其研制过程中所涉及的压力敏感元件设计制造和补偿两个关键技术问题。针对目前技术发展对极端环境下压阻式压力传感器的需求,详细介绍了微压、高压、高静压下微差压、高温等极端环境下的压阻式压力传感器。压力传感器应用十分广泛,微型化、智能化、集成化、标准化是其发展方向,未来将持续聚焦宽检测量程、高检测精度、强抗干扰能力及长期性能稳定等关键指标优化,其技术突破将为各行业精准监测与智能控制提供重要支撑。
一种面向自供电可穿戴设备的ZnO-PVA复合水凝胶的制备及性能优化
孙伟旗;侯晓雅;张婕;采用冷冻-解冻法,以聚乙烯醇(PVA)为基体、氧化锌(ZnO)为压电填料、甘油(GL)为增塑剂,制备了ZnO/GL/PVA柔性压电复合水凝胶。通过一系列表征手段系统探究了ZnO掺杂质量分数对复合水凝胶的影响规律,明确了材料结构与性能的构效关系。结果表明,ZnO与PVA主要通过氢键及物理缠结实现稳定复合,未发生化学反应。适量ZnO掺杂可有效改善水凝胶的力学性能与压电输出性能,当ZnO掺杂质量分数为4%时,复合水凝胶综合性能最优,60%应变下压缩应力较纯PVA水凝胶提升约57%,在1 Hz、30kPa条件下脉冲电压峰值达156 mV,其最佳工作频率与人体日常自然活动频率高度匹配,且始终保持较好的亲水性(接触角低于30°)、循环溶胀稳定性和抗菌性。制备的复合水凝胶为高性能柔性压电复合材料的研发提供了理论依据与技术支撑,推动其在自供电可穿戴设备领域的应用。
基于多喷嘴近场静电纺丝自对准堆叠的嵌入式柔性网格电极制备研究
孙月;潘艳桥;王熙龙;付爽;王昊;嵌入式网格电极是光电子器件的关键核心功能单元,传统制备技术如光刻、溅射等存在效率低、结构可控性差、成本高等问题。提出一种结合多喷嘴近场静电纺丝与选择性电镀铜的工艺,用于制备高深宽比嵌入式网格电极。通过在聚氧化乙烯(PEO)纺丝溶液中添加Na Cl调节电导率,并通过实验系统地优化工艺参数:喷嘴间距2.0 mm、直流电压1 000 V,喷印高度为2.0 mm,堆叠层数为40层,对应纤维线宽约14.6μm。基于该参数,制备了有效尺寸为15 mm×15 mm的网格状嵌入式银铜复合电极,嵌入结构深宽比为1.18。承载该电极的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜在550 nm波长下透光率为87.65%,电极网格方阻约为0.29Ω/□。提出的方法为高深宽比嵌入式电极的规模化、低成本制备提供了一种新途径。
尿素及其衍生物对钴在沟槽中电沉积的影响
徐莘杰;全智昊;李叶迪;吴挺俊;朱雷;俞文杰;黄海军;随着集成电路向着先进的工艺节点不断发展,铜大马士革工艺已经接近了它的应用极限。钴由于抗电迁移性能更好,是下一代重要的互连材料。钴互连电沉积性能取决于添加剂的选择,主要研究尿素、硫脲(TU)、乙撑硫脲(ETU)等作为钴电镀的添加剂,用线性扫描伏安法、计时电位法以及各种表征技术来研究它们对于沟槽中钴电沉积的影响。结果表明,三种添加剂的抑制效果为ETU>尿素>TU。尿素能细化钴晶粒、平衡晶体织构,改善电性能;TU抑制作用小,造成沟槽形成三角形孔洞;ETU因含环状结构抑制最强,能引发晶体织构重分配,实现钴的自下而上的超保形填充。
自供能的沙漠多参数环境监测系统研究与实现
杨洪志;赵兰;塔克拉玛干沙漠的长期环境监测能力直接影响沙尘暴预警、生态治理与气候变化研究的准确性。现有监测系统需外部供电,造成部署受限、运维复杂及环境适应性不足。为此,创新地设计了一种高度集成、自供能、多参数感知的环境监测装置。系统采用三叶风杯与齿轮增速机构驱动电磁发电机。在风速达到2.0 m/s以上时即可启动发电,在最佳负载约800Ω条件下,4 m/s风速下输出功率约28 mW。通过电磁感应信号频率监测风速,灵敏度约为3.189 Hz/(m/s),线性拟合的决定系数R2=0.99。结合能量管理电路,实现最大功率点跟踪与高效储能。借助无线通信模块,系统可将风速、温度、湿度等环境参数实时传至上位机。这项工作对防沙治沙成效评估与生态环境动态监测具有重要应用价值。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
超级电容器材料及应用研究进展
石文明;刘意华;吕湘连;张瑞荣;何洋;作为新型储能装置之一，相较于传统储能装置，超级电容器具有功率密度高、使用寿命长、充放电速率快等优越特性，因而受到了研究者们的广泛关注。介绍了超级电容器的发展历程、分类及工作原理；概述了应用于超级电容器的碳基材料、过渡金属氧化物、导电聚合物及复合材料等电极材料的研究进展；阐述了超级电容器在工业、电力、汽车、航空等领域以及柔性超级电容器在可穿戴电子产品中的应用状况；分析了当前超级电容器的不足及面临的挑战；总结了超级电容器新的可能应用领域(如生物、医疗和神经形态学计算等领域)及新的研究方向(如超级电容器精确数学模型等)。
薄膜材料研究中的XRD技术
周元俊;谢自力;张荣;刘斌;李弋;张曾;傅德颐;修向前;韩平;顾书林;郑有炓;晶格参数、应力、应变和位错密度是薄膜材料的几个重要的物理量,X射线衍射(XRD)为此提供了便捷而无损的检测手段。分别从以上几个方面阐述了XRD技术在薄膜材料研究中的应用:介绍了采用XRD测量半导体薄膜的晶格参数;结合晶格参数的测量讨论了半导体异质结构的应变与应力;重点介绍了利用Mosaic模型分析位错密度,其中比较了几种不同的通过XRD处理Mosaic模型,且讨论了它们计算位错密度时的优劣。综合XRD技术的理论及在以上几个方面的最新研究进展,对XRD将来的发展做出了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
柔性可穿戴电子的新进展
卢忠花;王卿璞;鲁海瑞;袁帅;王丹丹;综述了近期柔性可穿戴电子的研究进展以及在现代生活中的发展应用,阐明了柔性薄膜电子在医学和生活娱乐等领域的发展方向和潜在应用,特别是在医疗领域,柔性电子的发展与应用将是人们未来生命健康监测与治疗的主流方向。详细介绍了以聚酰亚胺等聚合物材料为基底的薄膜电子器件的发展类型,并且阐述了分别以聚合物薄膜材料和导电织物为基底的柔性电子设计。论述了制约柔性可穿戴电子在未来发展研究中的问题,并对柔性可穿戴电子的发展趋势进行了展望。