器件加工的案例
衍射及微納光學系統的分析、設計與加工技術
與理論設計相應的，課程中另一個重要方面是加工技術。如何根據需要選擇合適的加工技術，是以質量為先還是需要考慮批量加工成本，這些問題也會在課程中討論。此外，更重要的一點是，衍射和微納元件的設計與加工技術往往是關聯的，甚至是有所制約的。因此，我們會在課程中指明元件加工工藝以及設計方法之間的關系，并且在講授相關內容的同時輔以VirtualLab Fusion在此方面的設計及建模方法，從而做到真正的學以致用，加速在微納光學領域的領悟及開拓。
芝加哥大學田博之Nat. Rev. Mater.綜述 ：無機半導體材料生物界面
（c）二維薄膜可以用于加工瞬態電子學器件和非遺傳光電神經刺激。（d）三維介觀結構可以用來實現多功能細胞探針和類組織檢測網絡。（e）生物電子學和生物光子學界面包括電學檢測，光電檢測，光電刺激，光熱刺激和光致發光成像等。
圖5：各種跨越生物界面的信號傳導模式。
（a）①場效應管可以用來檢測局部分析物濃度和細胞膜電位②光電二極管可以用來檢測生物發光過程③光伏器件可以通過光電容或光電化學過程來刺激細胞行為④發光二極管結合光遺傳技術可以用來直接刺激細胞⑤載流子符合產生的熱能可以用于改變細胞膜電容以實現細胞刺激⑥納米尺度的無機半導體材料可以被細胞內吞，從而實現細胞內功能界面。（b）光電容（只涉及雙電容充放電）和光電化學（包括界面氧化還原反應）過程的區別。
【小結和展望】
無機半導體材料和器件由于其多樣的物理化學性質，良好的可加工性和生物相容性，已經被廣泛得用于生物物理學研究和生物醫學應用中。本文詳細得討論了無機半導體材料器件的合成加工和工作原理，深入得總結了跨越生物界面的各種信號傳遞機理，為此后的研究打下了堅實的基礎。盡管如此，在材料生物的界面上仍然有許多尚未完全回答的問題需要新的手段來進行深入的研究。新近開發的表征技術包括高速原子力顯微學，瞬態光譜，冷凍離子束刻蝕，高速超分辨顯微學等手段都可能得到前所未有的關于生物界面的高精度結構和功能信息。除此之外，新型的材料合成手段也可能為生物界面提供新的機遇。舉例來說，結合基因工程和生物礦化過程或許能夠定點定向得在特定細胞內腔室處合成具有特定形貌的納米半導體材料用于高精度生物檢測或者高效能生物調控。
展開 “十三五”科技創新規劃發布 大力發展復合材料新技術
以第三代半導體材料與半導體照明、新型顯示為核心，以大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料為重點，推動跨界技術整合，搶占先進電子材料技術的制高點。
3.材料基因工程。構建高通量計算、高通量實驗和專用數據庫三大平臺，研發多層次跨尺度設計、高通量制備、高通量表征與服役評價、材料大數據四大關鍵技術，實現新材料研發由傳統的“經驗指導實驗”模式向“理論預測、實驗驗證”新模式轉變，在五類典型新材料的應用示范上取得突破，實現新材料研發周期縮短一半、研發成本降低一半的目標。
4.納米材料與器件。研發新型納米功能材料、納米光電器件及集成系統、納米生物醫用材料、納米藥物、納米能源材料與器件、納米環境材料、納米安全與檢測技術等，突破納米材料宏量制備及器件加工的關鍵技術與標準，加強示范應用。
5.先進結構材料。以高性能纖維及復合材料、高溫合金為核心，以輕質高強材料、金屬基和陶瓷基復合材料、材料表面工程、3D打印材料為重點，解決材料設計與結構調控的重大科學問題，突破結構與復合材料制備及應用的關鍵共性技術，提升先進結構材料的保障能力和國際競爭力。
6.先進功能材料。以稀土功能材料、先進能源材料、高性能膜材料、功能陶瓷、特種玻璃等戰略新材料為重點，大力提升功能材料在重大工程中的保障能力；以石墨烯、高端碳纖維為代表的先進碳材料、超導材料、智能/仿生/超材料、極端環境材料等前沿新材料為突破口，搶占材料前沿制高點。
發展引領產業變革的顛覆性技術
加強產業變革趨勢和重大技術的預警，加強對顛覆性技術替代傳統產業拐點的預判，及時布局新興產業前沿技術研發，在信息、制造、生物、新材料、能源等領域，特別是交叉融合的方向，加快部署一批具有重大影響、能夠改變或部分改變科技、經濟、社會、生態格局的顛覆性技術研究，在新一輪產業變革中贏得競爭優勢。
展開 共軛聚合物的多級組裝促發大面積加工聚合物單分子層晶體管
共軛聚合物因其柔性、可溶液加工、低成本等優點，在柔性顯示、電子皮膚和生物傳感等功能器件中有潛在的應用價值。高均勻性的大面積加工是共軛聚合物作為有機半導體材料向實際應用轉化的重要一步，但具有很強的挑戰性。由于共軛聚合物的分子間強相互作用和復雜的鏈纏結，溶液加工過程中往往產生結晶與無定形區域、排列缺陷、厚度變化等非均勻性現象，限制了共軛聚合物的大面積加工。即使在稀溶液中，共軛聚合物分子之間仍具有一定程度的聚集。因此，如何通過調控聚合物從溶液到固相薄膜的聚集行為和組裝過程，從而實現共軛聚合物的大面積加工，并進一步實現“從下而上”器件加工方式，成為了很有挑戰性的科學問題。
北京大學化學與分子工程學院裴堅課題組利用共軛聚合物的多級組裝策略（圖1）實現了聚合物單分子薄膜大面積加工，并獲得了優異的電子傳輸性能，有望應用于加工制備大面積、高性能的有機場效應晶體管。
圖1 共軛聚合物的多級組裝：a，聚合物鏈段；b，一維蠕蟲狀組裝結構；c，組裝體的進一步生長；d，網絡狀組裝結構；e，二維單分子層網絡。
共軛聚合物由于分子之間的π?π相互作用和鏈段纏結（圖1a），在溶液中形成了特征的1D蠕蟲狀組裝結構（圖1b），組裝體在溶液加工過程中進一步的生長（圖1c），形成了網絡狀組裝結構（圖1d），最終通過沉積方法可以在基底上形成2D聚合物單分子層網絡（圖1e）。研究人員首先通過混合溶劑策略調控氟代苯并二呋喃二酮（F4BDOPV）片段與聯二噻吩（2T）片段形成的共軛聚合物（F4BDOPV-2T）在溶液中組裝行為，并通過垂直提拉法表征了沉積薄膜的形貌（圖2）。原子力顯微鏡（AFM）高度圖表明在氯仿溶液中沉積得到的薄膜具有特征的網絡狀形貌，且厚度在很大的實驗加工窗口內均保持聚合物單分子層量級（約4 nm）。
展開 
推動芯片產業前進，石墨烯將立大功
理論分析表明，基于石墨烯結構的電子器件可以有非常好的高頻響應，對于彈道輸運的晶體管其工作頻率有望超過 THz, 性能優于所有已知的半導體材料。
現代信息技術的基石是集成電路芯片，而構成集成電路芯片的器件中約 90% 是源于硅基 CMOS（complementary metal-oxide-semiconductor)，互補金屬-氧化物-半導體)技術，而硅基 CMOS技術的發展在 2005年國際半導體技術路線圖 (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)宣布將在 2020 年達到其性能極限。原因在 CMOS 技術的核心是高性能電子 (n-)型和空穴 (p-)型場效應晶體管 (field effect transistor, FET)的制備，以及將這兩種互補的場效應晶體管集成的技術。
隨著晶體管尺度的縮小，器件加工的均勻性問題變得越來越嚴重，其中最為重要的是器件的加工精度和摻雜均勻性的問題。采用傳統的微電子加工技術，目前最好的加工精度約為 5nm。隨著器件尺度的不斷縮小，對應的晶體管通道的物理長度僅為十幾納米，場效應晶體管源漏電極之間的載流子通道的長度的不確定性將不再可以忽略不計，所以半導體材料中的摻雜均勻性問題將是另一個難以克服的問題。
這個領域的主流方向一直是沿用硅基技術的思路，即通過摻雜，例如 K 摻雜來制備石墨烯 n型器件，但結果都不盡如人意。其中主要的問題是石墨烯具有一個非常完美的結構，表面完全沒有懸掛鍵，一般不和雜質原子成鍵，是自然的本征材料。采用與石墨烯結合較弱的 K 原子摻雜結果一是不穩定，二是很難控制，不大可能滿足高性能集成電路的要求。
展開 華南理工大學段春暉教授課題組JMCA：給體聚合物中引入3, 4-二氰基噻吩降低有機太陽電池的能量損失
近日，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室段春暉教授課題組聯合武漢工程大學劉治田教授和高翔副教授、天津大學葉龍教授、華南理工大學吳宏濱教授在Journal of Materials Chemistry A上發表最新研究成果 “Ternary copolymers containing 3,4-dicyanothiophene for efficient organic solar cells with reduced energy loss”。 華南理工大學的博士生張月為該論文的第一作者。在該課題組前期工作基礎上（Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1904247），該工作將結構簡單、具有強吸電子能力的3,4-二氰基噻吩（DCT）單元引入到聚合物給體PBDB-TF的骨架中，通過三元共聚的方法合成了具有不同DCT含量的給體聚合物PFBCNTx（圖1）。DCT的引入能夠降低給體聚合物的HOMO能級（圖2c），提高器件的開路電壓（Voc）。該方法與常用的引入F原子降低聚合物給體HOMO能級的方法相比，具有合成簡單、不需要使用危險試劑的優勢。將這些聚合物給體分別與光譜互補的Y6-BO受體進行搭配（圖2a, b），通過器件加工方法的優化，基于PFBCNT20:Y6-BO:PC71BM的三元OSCs具有高的PCE（16.6%）和低的非輻射復合能量損失（0.22 eV）。該研究結果表明，利用DCT單元作為第三組分，是合成高性能給體聚合物的一種簡單有效策略。
展開 GaN在RF領域應用的優勢、挑戰及應對之策
在制造方面，最近，在GaN-on-Si上有效生長GaN層的工藝技術取得了進步，但是，依然有一些問題需要解決，包括外延和下游器件加工和封裝的成本，還有電荷捕獲和電流崩潰。一些半導體設備廠商正在積極解決這些問題，以滿足可靠性要求。
Veeco正在與領先的設備公司和研究機構合作，從事著GaN-on-Si的研發工作。首先，必須在整個晶圓上沉積具有合適厚度和結構組成均勻的外延層，其通常包括超晶格。客戶還要求使用尖銳的接口進行精確的摻雜劑控制，以優化器件特性。還要求具備零存儲器缺陷，以在特定層中有效地摻入諸如Mg和Fe的摻雜劑。
針對上述需求，一種名為單晶圓TurboDisc的技術可以解決晶體管性能、RF損耗、諧波失真和器件可靠性等嚴峻挑戰，該技術可提供領先的摻雜劑控制和成分均勻性，同時降低每晶圓外延生長成本。這是通過利用Propel MOCVD系統的薄膜沉積控制來實現高質量緩沖生長及其摻入此類摻雜劑的能力。
圖1：GaN MOCVD系統提供的薄膜沉積控制有助于提高緩沖質量
由于相關工具和工藝仍需要成熟以提高產能，因此，GaN-on-Si和GaN-on-SiC的市場規模很小，挑戰仍然存在，然而，隨著5G應用程序的流程和技術改進，用例繼續激增，其發展潛力巨大。
超越功率放大器：基于GaN的低噪聲放大器
在RF /微波應用中，GaN技術通常與功率放大器相關聯。但是，一家名為Custom MMIC的公司 正在通過開發基于GaN技術的低噪聲放大器（LNA）來證明GaN確實具有其他用例。
展開 納米二氧化硅拋光液的應用
化學機械拋光（CMP）技術是目前各類顯示屏、手機部件、藍寶石、不銹鋼、單晶硅片等領域使用廣泛的表面超精密加工技術，研磨拋光材料是化學機械拋光過程中必不可少的一種耗材，常用的研拋材料有氧化鈰、氧化硅、氧化鋁和金剛石(鉆石)。氧化鈰主要用于玻璃晶體等拋光，金剛石與氧化鋁主要用于高硬度晶體的拋光，而納米二氧化硅拋光液主要用于許多材料表面精密拋光。這幾種材料往往可以搭配使用，組成研磨-拋光的理想材料。本次介紹下納米二氧化硅拋光液（VK-SP50W）的應用。
納米二氧化硅拋光液（VK-SP50W）應用特性：
1、納米二氧化硅拋光液（VK-SP50W）由高純納米二氧化硅復合配置而成，通過高科技術分散成納米顆粒，高含量分散均勻的納米拋光液。
2、拋光速平坦度加工，拋光是利用SiO2等材料的均勻納米粒子，不會對加工件造成物理損傷，速率快，利用分散均勻大粒徑的膠體二氧化硅等粒子達到高速拋光的目的
3、高純度，拋光液不腐蝕設備，使用的安全性能高。
4、高達到高平坦化研磨加工。
5、有效減少拋光后的表面劃傷，降低拋光后的表面粗糙度。
納米二氧化硅拋光液（VK-SP50W）使用范圍：
1、可用于微晶玻璃的表面拋光加工中。
2、用于硅片的粗拋和精拋以及IC加工過程，適用于大規模集成電路多層化薄膜的平坦化加工。
3、用于晶圓的后道ＣＭＰ清洗等半導體器件的加工過程、平面顯示器、多晶化模組、微電機系統、光導攝像管等的加工過程。
4、廣泛用于CMP化學機械拋光，如：硅片、化合物晶體、精密光學器件、硬盤盤片、寶石、大理石等納米級及亞納米級拋光加工。
5、本產品可以作為一種添加劑，也可應用于水性高耐候石材保護液、水性膠粘劑與高耐候外墻涂料的添加劑等。
展開 1萬伏！！國產GaN又創全球最高記錄
圖1：多溝道AlGaN/GaN SBD器件結構圖
基于藍寶石
比SiC便宜3倍
據了解，這種外延結構是晶湛團隊通過MOCVD方法在4英寸的
藍寶石襯底
上單次連續外延實現，無需二次外延，由于采用廉價的藍寶石襯底和水平器件結構，其器件的制備成本遠低于
SiC二極管
。
該團隊指出，與4英寸SiC相比，4英寸藍寶石基GaN晶圓的成本降低了
2-3倍左右
。再加晶湛器件的芯片尺寸更小，因此該器件的材料成本遠低于同級SiC SBD，而且橫向GaN器件的加工成本也比SiC低。
此外，該團隊經過估算，10kV、0.3A
RESURF器件
的開關品質因數為
15.7nCV
，而3.3kV、0.3A
SIC SBD
為
30.8nCV
。
圖2：晶湛SBD與其他GaN、SiC、氧化鎵SBD的導通電阻和BV基準的對比情況（虛線為理論極限）。
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武漢理工麥立強&徐林Chem綜述：納米線–生物界面進展：從能量轉換到電生理學
（3）納米線場效應晶體管能成功實現高時空分辨率的生物信號的檢測，將納米器件加工的“自下而上”和“自上而下”的優勢結合起來，組裝大面積的納米線場效應晶體管陣列生物傳感器，將會對復雜生物信號的高靈敏度、高分辨率探測具有重要意義。
作者簡介
徐林，武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室特聘教授，入選湖北省“青年百人”計劃。2013年，獲得武漢理工大學材料物理與化學博士學位（師從麥立強教授、張清杰院士和Charles M. Lieber院士），2011-2013年在美國哈佛大學作為聯合培養博士。博士畢業以后，先后在美國哈佛大學Lieber院士課題組（2013-2016年）和新加坡南洋理工大學樓雄文教授課題組（2016-2017年）從事博士后研究。主要從事納米能源材料和納米生物傳感器研究，在Nature Nanotech., Nature Commun., Chem, Joule, PNAS, Chem. Rev., Acc. Chem. Res., Adv. Mater., Nano Lett.等國際知名期刊發表學術論文40余篇，論文被引用3500余次，7篇論文入選ESI 高被引論文。在分級納米結構電化學儲能材料方面的研究成果作為重要組成部分獲得2014年湖北省自然科學一等獎。
麥立強，武漢理工大學材料學科首席教授，博士生導師，武漢理工大學材料科學與工程國際化示范學院國際事務院長，教育部“長江學者特聘教授”，國家杰出青年基金獲得者，“國家萬人計劃”領軍人才。2004年，獲得武漢理工大學工學博士學位。先后在中國科學院外籍院士美國佐治亞理工學院王中林教授課題組、美國科學院院士哈佛大學Charles M. Lieber教授課題組、美國加州大學伯克利分校楊培東教授課題組從事博士后、高級研究學者研究。
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智芯文庫 | SiC產業鏈中外延技術分析
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
外延工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
SiC外延片是SiC產業鏈條
核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
我國SiC外延材料研發工作開發于“九五計劃”，材料生長技術及器件研究均取得較大進展。主要研究單位有中科院半導體研究所、中電集團13所和55所、西安電子科技大學等，產業化公司主要是東莞天域和廈門瀚天天成。目前我國已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本實現商業化。可以滿足3.3kV及以下電壓等級SiC電力電子器件的研制。
展開 激光共聚焦和白光干涉儀哪個好？
2、應用：半導體制造及封裝工藝檢測、3C電子玻璃屏及其精密配件、光學加工、微納材料及制造、汽車零部件、MEMS器件等超精密加工行業及航空航天、科研院所等領域中。
激光共聚焦顯微鏡
激光共聚焦顯微鏡是具備3D真彩圖像的納米級光學輪廓儀。它利用激光的單色性和相干性，通過共聚焦的方式將激光束聚焦到樣品上，具有非常高的分辨率和靈敏度，能夠測量傾斜角近乎90度的漫反射斜坡面形貌，尤其擅長大坡度、低反射率的粗糙表面形貌測量。
1、優點
色彩斑斕的成像：提供色彩斑斕的真彩圖像，便于觀察和分析。
微納級粗糙輪廓檢測：擅長微納級粗糙輪廓的檢測，雖然在檢測分辨率上略遜于白光干涉儀，但成像效果更佳。
逐點掃描：逐點掃描的方式，能夠提供高分辨率的圖像。
2、應用：半導體制造及封裝工藝檢測、3C電子玻璃屏及其精密配件、光學加工、微納材料制造、汽車零部件、MEMS器件等超精密加工行業及航空航天、科研院所等領域中。
在選擇激光共聚焦顯微鏡還是白光干涉儀時，應考慮以下因素：
1、分辨率和成像深度：如果需要對樣品進行深層三維成像，激光共聚焦可能是更好的選擇。
2、測量類型：對于需要精確表面形貌測量的應用，白光干涉儀可能更加適合。
3、速度：白光干涉儀通常能提供更快的測量速度，適合于工業在線檢測。
4、操作便利性：某些激光共聚焦系統可能需要專業的操作和分析軟件，而白光干涉儀可能更易于操作。
總的來說，兩種儀器各有千秋，選擇時應基于測量需求、樣品特性以及預算等因素綜合考慮。
展開 資訊 | 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
01 碳化硅外延
外延工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底。加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02 SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。實際應用中，寬禁帶半導體器件幾乎都做在外延層上，碳化硅晶片本身只作為襯底，包括GaN外延層的襯底。
展開 碳化硅產業鏈條核心：外延技術
01
碳化硅外延
外延
工藝是整個產業中的一種非常關鍵的工藝，由于現在所有的器件基本上都是在外延上實現，所以外延的質量對器件的性能是影響是非常大的，但是外延的質量它又受到晶體和襯底。加工的影響，處在一個產業的中間環節，對產業的發展起到非常關鍵的作用。
碳化硅功率器件與傳統硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導通型單晶襯底上額外生長高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
碳化硅一般采用PVT方法，溫度高達2000多度，且加工周期比較長，產出比較低，因而碳化硅襯底的成本是非常高的。
碳化硅外延過程和硅基本上差不多，在溫度設計以及設備的結構設計不太一樣。
在器件制備方面，由于材料的特殊性，器件過程的加工和硅不同的是，采用了高溫的工藝，包括高溫離子注入、高溫氧化以及高溫退火工藝。
02
SiC外延片是SiC產業鏈條核心的中間環節
目前碳化硅和氮化鎵這兩種芯片，如果想最大程度利用其材料本身的特性，較為理想的方案便是在碳化硅單晶襯底上生長外延層。
碳化硅外延片，是指在碳化硅襯底上生長了一層有一定要求的、與襯底晶相同的單晶薄膜（外延層）的碳化硅片。
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