柔性有机场效应晶体管研究进展

柔性有机场效应晶体管具有可折叠、质量轻、低成本等优点,在柔性显示、柔性传感器、柔性射频标签和柔性集成电路等方面显示了广阔的应用前景.本文在介绍柔性有机场效应 晶体管最新研究进展的基础上, 总结了柔性有机场效应晶体管的器件结构和柔性有机场效应晶体管所使用的衬底材料、 栅绝缘层材料、有源层材料及电极材料, 阐述了柔性有机场效应晶体管的制备工艺, 并讨论了不同的弯曲方式对柔性有机场效应晶体管性能的影响, 最后总结和展望了柔性有机场效应晶体管的应用领域. 关键词： 柔性 晶体管 有机/聚合物 溶液加工     

柔性有机非易失性场效应晶体管存储器的研究进展

柔性有机非易失性场效应晶体管存储器具有柔性、质轻、成本低、可低温及大面积加工等优点,在射频识别标签、柔性存储、柔性集成电路和大面积柔性显示等领域展现出巨大的应用前景.本文在介绍柔性有机非易失性场效应晶体管存储器的衬底材料、器件结构和性能参数的基础上,总结了柔性有机非易失性场效应晶体管存储器的分类,并讨论了机械应力和不同温度对柔性有机非易失性场效应晶体管存储器性能参数的影响,最后展望了柔性有机非易失性场效应晶体管存储器的应用前景以及所面临的挑战.     

柔性磁性薄膜材料与器件研究进展

近年来,随着物联网、仿生机器人、移动式医疗健康等领域的兴起,柔性电子材料和器件受到广泛关注.基于磁性材料构建的传感器和存储器是电子器件的重要组成部分.随着柔性薄膜材料制备技术的发展,人们已经制备出高质量的柔性乃至可拉伸的磁性金属和氧化物薄膜,它们展现的不仅是更强的变形能力,还有新的物理效应与响应规律.研究结果表明,柔性磁电子器件在非接触传感、高灵敏应变探测、超分辨触觉感知等方面展现出独特的优势,具有广阔的应用前景.本文主要从柔性磁性材料的制备、物性调控规律和器件应用方面综述这一新兴领域的发展动态,并对其未来的发展趋势进行展望.     

光电神经形态器件及其应用

传统冯·诺依曼计算机在并行性计算和自适应学习方面效率较低,无法满足当前飞速发展的信息技术对高效、高速计算的迫切需求.受脑启发的神经形态计算具有高度并行性、超低功耗等优势,被认为是打破传统计算机局限性,实现新一代人工智能的理想途径.神经形态器件是实施神经形态计算的硬件载体,是构建神经形态芯片的关键.与此同时,人类视觉系统与光遗传学的发展为神经形态器件的研究提供了新的思路.新兴的光电神经形态器件结合了光子学与电子学各自的优势,在神经形态计算领域展露出巨大潜力,受到了国内外研究人员广泛关注.本文对光电神经形态器件及其应用的最新研究进行了总结.首先综述了人工光电突触与人工光电神经元,内容包括器件结构、工作机制以及神经形态功能模拟等方面.然后,对光电神经形态器件在人工视觉系统、人工感知系统、神经形态计算等领域中的潜在应用作了阐述.最后,总结了当前光电神经形态器件所面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望.     

双极晶体管微波损伤效应与机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺外延平面双极晶体管, 考虑了器件自热、高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应, 建立了其在高功率微波(high power microwave, HPM)作用下的二维电热模型. 通过分析器件内部电场强度、电流密度和温度分布随信号作用时间的变化, 研究了频率为1 GHz的等效电压信号由基极和集电极注入时双极晶体管的损伤效应和机理. 结果表明集电极注入时器件升温发生在信号的负半周, 在正半周时器件峰值温度略有下降, 与集电极注入相比基极注入更容易使器件毁伤, 其易损部位是B-E结. 对初相分别为0和π的两个高幅值信号的损伤研究结果表明, 初相为π的信号更容易损伤器件, 而发射极串联电阻可以有效的提高器件的抗微波损伤能力.     

双层结构突触仿生忆阻器的时空信息传递及稳定性

现有计算机体系架构下的神经网络难以对多任务复杂数据进行高效处理,成为制约人工智能技术发展的瓶颈之一,而人脑的并行运算方式具有高效率、低功耗和存算一体的特点,被视为打破传统冯·诺依曼计算体系最具潜力的运算体系.突触仿生器件是指从硬件层面上实现人脑神经拟态的器件,它可以模拟脑神经对信息的处理方式,即"记忆"和"信息处理"过程在同一硬件上实现,这对于构建新的运算体系具有重要的意义.近年,制备仿生突触器件的忆阻材料已获得进展,但多聚焦于神经突触功能的模拟,对于时空信息感知和传递的关键研究较为缺乏.本文通过制备一种双层结构忆阻器,实现了突触仿生器件的基本功能包括双脉冲易化和抑制、脉冲时间依赖突触可塑性(spiking time dependent plasticity, STDP)和经验式学习等,还对器件的信息感知、传递特性和稳定性进行了研究,发现该器件脉冲测试结果满足神经网络处理时空信息的基本要求,这一结果可以为忆阻器在类脑芯片中的应用提供参考.     

高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展

作为一种新型的二维半导体材料,单层二硫化钼薄膜由于其优异的特性,在电子学与光电子学等众多领域具有潜在的应用价值.本文综述了我们课题组在过去几年中针对单层二硫化钼薄膜的研究所取得的进展,具体包括:在二硫化钼薄膜的制备方面,通过氧辅助化学气相沉积方法,实现了大尺寸单层二硫化钼单晶的可控生长和晶圆级单层二硫化钼薄膜的高定向外延生长;在二硫化钼薄膜的加工方面,发展了单层二硫化钼薄膜的无损转移、洁净图案化加工、可控结构相变与局域相调控的方法,为场效应晶体管等电子学器件的制备与性能优化提供了基础;在二硫化钼异质结方面,研究了二硫化钼薄膜与其他二维材料形成的异质结的电学以及光电性质,为二维材料异质结的构筑和器件特性研究提供了实验参考;在二硫化钼薄膜功能化器件与应用方面,构筑了全二维材料、亚5 nm超短沟道场效应晶体管器件,验证了单层二硫化钼对短沟道效应的有效抑制及其在5 nm工艺节点器件中的应用优势;此外,利用制备的高质量单层二硫化钼和发展的器件洁净加工技术,实现了高性能柔性薄膜晶体管的集成,获得了超高灵敏度与稳定性的非接触型湿度传感器.我们在二硫化钼薄膜的制备、加工以及器件特性研究方面所取得的进展对于二硫化钼及其他二维过渡金属硫属化合物的基础和应用研究均具有指导意义.     

新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究

针对传统单结GaN基高电子迁移率晶体管器件性能受电流崩塌效应和自加热效应限制的困境,对新型A1GaN/GaN/InGaN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管的直流性质展开了系统研究.采用基于热电子效应和自加热效应的流体动力模型,研究了器件在不同偏压下电流崩塌和负微分电导效应与GaN沟道层厚度的相关.研究发现具有高势垒双异质的沟道层能更好地将电子限制在沟道中,显著减小高电场下热电子从沟道层向GaN缓冲层的穿透能力.提高GaN沟道层厚度可以有效抑制电流崩塌和和负微分输出电导,进而提高器件在高场作用下的性能.所得结果为进一步优化双异质结高电子迁移率晶体管结构提供了新思路,可促进新型GaN高电子迁移率晶体管器件在高功率、高频和高温等无线通讯领域内的广泛应用.     

神经形态阻变器件在图像处理中的应用

随着搭载于边缘终端上的图像与视频等数据密集型应用的日益增长,基于传统冯·诺依曼架构的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)硬件系统正面临着能耗、速度和尺寸等多方面的挑战.神经形态器件包括具有存算一体特性的电学阻变器件和具有感存算一体特性的光电阻变器件,因其具有与生物神经系统的高相似度,及其高能效、高集成度、宽带宽等优势,在图像处理应用方面展现出巨大发展潜力.这类器件不仅能够用于加速传统图像低阶预处理和高阶处理中的大量运算,且能用于实现仿生物视觉系统的高效图像处理算法.本文介绍了最近的电学及光电神经形态阻变器件,并结合图像处理算法综述了神经形态阻变器件在图像处理方面的硬件实施和挑战,并对其发展前景提出了思考.     

基于中性层技术提升柔性OLED弯曲可靠性研究进展

有机发光二极管（OLED）由于具有结构简单、发光效率高、制造工艺简单和厚度超薄的特点,结合柔性基底可以制备具有弯曲和折叠功能的柔性OLED器件,在柔性显示、柔性照明等领域发挥了重要作用。在承受以弯曲为主的外加载荷时,柔性OLED器件中的无机薄膜很容易出现裂纹、脱层和屈曲等形式的失效,这些失效会使器件的导电性下降并破坏器件原有的结构,从而影响器件的效率与可靠性。中性层的使用能够有效减小器件关键部位的应变,从而减轻或消除失效,器件在弯曲状态下的可靠性也得以提高。近年来,一系列基于柔性OLED器件中性层的研究被陆续报道。本文综述了中性层技术在柔性OLED器件上的应用。首先,讨论了中性层的概念以及单个中性层位置的确定方法;其次,介绍了单个中性层和多个中性层在实际器件中的应用;最后,对柔性OLED器件未来的发展方向做出了展望。     

有机场效应晶体管材料及器件研究进展

有机场效应晶体管（organic field-effect transistor, OFET）作为新一代半导体晶体管因其广阔的应用前景和近年来技术上的突飞猛进,使之成为微电子和信息领域科学研究和产品开发中热门的话题之一.文章概述了有机场效应晶体管的材料研究、器件制备技术以及有机场效应晶体管在各领域中应用的最新进展.     

石墨烯射频器件研究进展

石墨烯因具有优良的电学特性,在半导体行业中受到广泛关注,特别因其具有超薄的结构和极高的载流子迁移率,为解决短沟道效应提供了可能,并且在高速电子领域具有应用前景.近年来,使用石墨烯作为沟道材料制备射频晶体管及射频电路是发挥石墨烯材料优势的一个重要研究方向.制造高性能的射频器件,首先要制备出高性能的石墨烯材料.在金属衬底上沉积均匀的单层石墨烯材料或者在绝缘衬底上外延生长单层、双层石墨烯材料都是获得高质量石墨烯材料的常用方法.器件结构及工艺流程的设计也是提升晶体管射频性能的重要因素,多指栅结构、T型栅结构、埋栅结构以及自对准工艺的发展能够有效改善石墨烯射频晶体管的截止频率及最大振荡频率.石墨烯晶体管独特的电学特性使得其除了可以构造与其他半导体材料电路相似的射频电路结构,还可以构造出功能完整并且结构更加简单的新型射频电路结构.     

GaN HEMT器件结构的研究进展

Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)具有大的禁带宽度、高电子饱和速度、异质结界面的高二维电子气浓度、高击穿电压以及高的热导率,这一系列特性使它在高频、高功率、高温等领域得到了广泛的认可。本文首先论述了制约氮化镓高电子迁移率晶体管器件性能提高所遇到的问题及解决方法;然后,着重从优化材料结构设计和器件结构设计的角度,阐述了氮化镓高电子迁移率晶体管器件在高频高功率领域的最新研究进展;最后,讨论了器件进一步发展的方向。     

基于石墨烯谐振沟道晶体管的高频纳米机电系统信号读取研究

结合石墨烯场效应晶体管和机械谐振原理,研究了基于本地背栅石墨烯谐振沟道晶体管(RCT) 的高频机械信号直接读取方法.利用机械剥离法获得的石墨烯,提出了一种基于刻蚀技术的器件制备方法, 并实现了栅长和栅宽分别为1 μm的本地背栅RCT.实验结果表明,在室温下RCT的谐振频率范围为57.5–88.25 MHz.研究结果对加速石墨烯纳米机电系统和高频低噪声器件的应用有着重要作用. 关键词： 石墨烯 谐振沟道晶体管 纳米机电系统     

单层二硫化钼的制备及在器件应用方面的研究

二硫化钼(MoS₂)作为一种新兴的二维半导体材料,它具有天然原子级的厚度以及优异的光电特性和机械性能,在未来超大规模集成电路中具有巨大的应用潜力.本文综述了我们课题组在过去几年中在单层MoS₂薄膜研究方面所取得的进展,具体包括:在MoS₂薄膜制备方面,通过氧辅助气相沉积方法,实现了大尺寸MoS₂单晶的可控生长;通过独特的多源立式生长方法,实现了4 in晶圆级大晶粒高定向的单层MoS₂薄膜的外延生长,样品显示出极高的光学和电学质量,是目前国际上报道的质量最好的晶圆级MoS₂样品;通过调节MoS₂薄膜的氧掺杂浓度,可以实现对其电学和光学特性的有效调控.在MoS₂薄膜器件与应用方面,利用制备的高质量单层MoS₂薄膜,实现了高性能柔性晶体管的集成,这种大面积柔性逻辑和存储器件显示出优异的电学性能;在集成多层场效应晶体管的基础上,设计,加工了垂直集成的多层全二维材料的多功能器件,充分发挥器件的组合性能...     

基于二维层状材料的神经形态器件研究进展

近年来,人工智能的发展对计算和存储的需求不断提升.但是,摩尔定律的放缓以及传统冯·诺依曼架构中计算与存储单元的分离,导致了大量数据在搬运过程中功耗增加和时间延迟,致使集成电路以及芯片设计面临越来越多的挑战.这迫切需要开发新型计算范式来应对这种挑战.而基于存算一体架构的神经形态器件,可利用欧姆定律和基尔霍夫定律实现原位计算,从而有望克服传统冯·诺依曼架构瓶颈.通过调节具有“记忆”功能的忆阻器阻值,实现类似生物大脑的人工神经网络,并对复杂网络信号进行处理,例如图像识别、模式分类和决策执行等.二维材料由于其层状超薄特性和新奇的物理效应,为进一步缩小器件尺寸并实现感存算一体提供了方案.本文综述了基于二维材料的神经形态器件中的物理效应和忆阻特性,并详细阐述了神经形态器件对LIF (leaky integrate and fire)模型、Hodgkin-Huxley模型等神经元模型以及长期可塑性、短期可塑性、放电时间依赖可塑性和尖峰频率依赖可塑性的模拟.在此基础上,进一步介绍了基于二维材料的神经形态器件在视觉、听觉以及触觉等领域的探索性应用.最后本文总结了当前研究领域面临的问题以及对未来应用前景的...     

基于层状多元金属氧化物的人造突触

神经形态电子学的迅速发展为生物神经系统仿生与模拟提供了有力支持.具有三明治结构的两端人造突触电子器件不仅在结构上模拟了生物突触,同时在类神经电脉冲信号的作用下可以完成对生物突触塑性的模拟与调控.本文利用溶胶-凝胶法合成了具有层状结构的P3相Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂多元金属氧化物.借助其晶体结构中Na~+易于嵌入/脱出的特性,设计并制备了基于Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂的离子迁移型人造突触,器件在电脉冲信号的刺激下实现了对生物突触塑性的模拟,并通过调校类神经尖峰脉冲信号,成功对塑性行为进行了调控.成功模拟了兴奋性突触后电流、双脉冲易化、脉冲数量依赖可塑性、脉冲频率依赖可塑性、脉冲电压幅值依赖可塑性和脉冲持续时间依赖可塑性.同时,器件实现了对摩斯电码指令的准确识别与响应.     

单电子晶体管

介绍了单电子晶体管是一种每当在栅压作用下在沟道内加进一个电子，晶体管就可以导通和截止一次的奇妙的器件。阐述了单电子晶体管的发现过程，工作原理以及它的一些可能的应用。     

仿生辐射制冷的研究进展

辐射制冷是一种通过光谱调控来实现降温的新型制冷技术,相比于传统的主动制冷技术,如吸收式制冷、压缩制冷等,具有独特的优势,在环境保护和能源利用方面具有重要意义.本文首先从辐射制冷的基本原理出发,介绍了自然界中生物所具有的辐射降温特性.不同生物通过其材料、微观结构、行为等实现辐射制冷调控,为人类探究新型辐射制冷材料和器件带来了启发.本文也归纳了生物的辐射制冷机制,总结了生物结构的优化方法,并介绍了当前仿生辐射制冷的研究进展,对仿生辐射制冷的研究方向、应用前景和材料制备方法进行了展望.高功率、智能化的辐射制冷材料和器件是未来仿生辐射制冷的重要发展方向,先进微纳加工技术的融入将使仿生辐射制冷在未来具有更广阔的市场和应用.     

基于可拉伸有机晶体管的高性能生理信号传感器

近来,以共轭聚合物为沟道材料的有机电化学晶体管(OECT)因其易于制备、具有离子–电子转换能力和生物界面相容性而成为研究热点。然而,已报道的用于OECT沟道材料的大多是p型共轭聚合物,而基于n型共轭聚合物开发的OECT则很少,而不平衡的发展阻碍了复杂互补电路的实现。最近被报道的新兴n型共轭聚合物半导体Poly (benzimidazobenzophenanthroline)(BBL) OECT为解决上述问题提供了一个有效的方案。但BBL薄膜本身具有脆性无法拉伸,无法满足柔性器件的使用需求,大大阻碍了其应用及发展。本工作中,我们提出了一种器件可拉伸的n型BBL OECT器件的制备方法,并验证了其在汗液传感方面的可行性。