高性能p型场效应晶体管：二维材料的替代掺杂与厚度控制 学术背景 随着半导体技术的不断发展，硅基场效应晶体管（FET）在性能提升方面逐渐接近物理极限。为了突破这一瓶颈，研究人员开始探索二维（2D）材料作为硅的潜在替代品。二维过渡金属二硫属化物（TMDs），如二硫化钼（MoS₂）、二硒化钼（MoSe₂）和二硒化钨（WSe₂），因其原子级平滑的表面和优异的电学性能，成为研究的热点。然而，尽管n型二维FET取得了显著进展，p型二维FET的发展却相对滞后。这主要是由于金属-二维材料接触界面处的费米能级钉扎效应，导致p型载流子注入效率低下，接触电阻（Rc）较高。 本文的研究旨在通过替代掺杂和厚度控制，解决p型二维FET的性能瓶颈问题。具体来说，作者通过在MoSe₂和WSe₂中引入钒（V）、铌（Nb）和钽...

超量子限域下垂直纳米线异质结隧道晶体管实现高性能低能耗电子器件的新突破 学术背景 集数据密集型计算和人工智能的快速发展对电子器件能效提出了更高的需求。然而，目前传统硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）技术由于受物理极限的制约，已难以通过尺寸进一步缩小实现理想性能和功耗的平衡。这些限制包括短沟道效应和直接源漏隧穿效应所引发的最小栅长限制，以及受费米-狄拉克（Fermi-Dirac）电子统计学制约的60 mV/dec的亚阈值摆幅（subthreshold swing, SS）热极限，亦称为”玻尔兹曼暴政”。因此，为实现下一代高性能计算设备对低能耗、高驱动电流和小占用面积的需求，科学家们正在寻求超越传统MOSFET设计的新型晶体管架构。 其中，隧道场效应晶体管（TFET）因其实现深亚热学开启特性和...

穿戴式单一声波肌电图系统的创新突破：从肌肉动态监测到复杂手势跟踪 学术背景与研究意义 近年来，穿戴式电子设备因其在健康监测和人机交互领域中的巨大潜力而备受关注。其中，表面肌电图（Electromyography，EMG）作为一种能够测量肌肉活动的技术，已成为研究的热点。然而，EMG 信号存在诸多限制：信号强度弱且不稳定，空间分辨率较低，且信噪比不佳。其随机性和低同步性的问题导致测量结果的不一致，使得难以实现对特定肌肉纤维贡献的有效分离。此外，为提高信号质量所采用的大型电极会进一步降低空间分辨率。 相比之下，超声波肌电图（Echomyography，ECMG）是一种利用超声波来测量肌肉活动的技术，具有安全、稳定、灵敏度高等特点。然而，目前依赖刚性或柔性传感器阵列的 ECMG 系统需要复杂的线路...

数字化刺绣超材料生物传感器：运动环境中的无接触生物信号监测 近年来，随着智能汽车、航空安全及健康监测需求的增加，各类传感器技术得到了飞速发展。然而，在动态环境中，尤其是涉及生理信号监测时，传统传感器技术面临许多挑战，例如信号干扰、振动影响以及隐私问题。为此，本文提出一种使用数字刺绣制造的超材料生物传感器，能够在运动环境下无接触地采集高质量心肺信号，为解决上述难题提供了新思路。 研究背景及动机 根据统计数据，仅在美国，每年由驾驶员因疲劳、注意力不集中等因素引发的交通事故超过10万起。为减少此类事故，汽车生物传感器被视为一种潜在的解决方案，它们可用于检测驾驶员疲劳状态、压力水平以及健康风险。然而，目前的传感技术在动态环境中面临多重挑战，例如车内振动、身体运动干扰及封闭空间内的多路径信号反射等。此...

基于二维范德华金属阴极的模拟电阻开关存储器研究 学术背景 随着人工智能（AI）应用的快速发展，传统的冯·诺依曼架构在数据密集型计算任务中面临性能瓶颈。神经形态计算（neuromorphic computing）作为一种新兴的计算范式，能够以更高的速度和效率处理数据密集型任务。在这一领域中，忆阻器（memristor）因其能够实现内存计算和模拟计算而备受关注。特别是具有多级电导状态的模拟忆阻器，能够显著提高神经形态计算的效率。然而，现有的模拟忆阻器通常具有较小的开关比（on/off ratio），这限制了其在高精度权重映射中的应用。 为了解决这一问题，研究人员一直在探索如何提高模拟忆阻器的开关比，同时保持其多级电导状态。传统的忆阻器主要分为两类：基于价态变化机制（valence-change-...

基于插层过渡金属二硫族化合物的高发射率下无效率衰减的发光二极管研究 背景与研究意义 近年来，基于二维（2D）材料的发光二极管（LEDs）在显示技术、光通信和纳米光源等领域的应用前景备受瞩目。然而，由于二维材料的强量子限域效应与减弱的介电屏蔽，二维材料LEDs在高激发生成率下常出现“效率衰减”（Efficiency Roll-Off）的现象。这种现象主要归因于激子-激子湮灭（Exciton-Exciton Annihilation, EEA）过程，该过程是一种类似俄歇复合的非辐射能量耗散机制。具体表现为：一个激子通过能量转移导致另一个激子离子化，同时导致辐射效率急剧降低。 尽管已有研究通过六方氮化硼（hBN）包覆和高κ基底等介电工程手段来减弱EEA，如在单层过渡金属二硫族化合物（TMDs）中实...

柔性电子中的液态金属微滴快速三维组装与电气连接研究 简介：研究背景与意义 随着柔性电子技术在软体机器人、可穿戴电子设备、柔性显示屏等领域的广泛应用，如何实现柔性和可拉伸电路的层间电气连接成为该领域的核心挑战之一。传统刚性电子设备中，通过化学或等离子蚀刻等成熟技术完成硅片上的微米至纳米级贯通孔(via)制备。然而，在柔性电子中，这种方法存在流体材料黏度、力学性能失配以及填孔过程低效复杂等问题。尤其是，由于柔性器件的机械动态特性，传统刚性导体制作的贯通孔易成为应力集中区域，从而导致器件的结构性缺陷乃至失效。 为解决这一系列挑战，本研究提出了一种基于液态金属微滴（Liquid Metal Microdroplets, LMMDs）层化沉积的快速制造方法，用以形成柔性电子应用中的三维电气互连。液态金...

CMOS兼容的应变工程在单层半导体晶体管中的应用 学术背景 随着半导体技术的不断发展，二维（2D）材料因其原子级薄层特性在高密度、低功耗电子器件中展现出巨大潜力。特别是过渡金属二硫化物（TMDs），如二硫化钼（MoS₂），因其优异的电学性能，被认为是未来晶体管通道的理想材料。然而，尽管2D材料在实验室中表现出色，如何将其与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容，仍然是一个巨大的挑战。 应变工程（Strain Engineering）在现代硅基电子器件中已经发挥了重要作用。自20世纪90年代引入以来，应变工程通过改变材料的能带结构，显著提高了晶体管的载流子迁移率。然而，如何在2D材料中实现类似的应变效应，尤其是在CMOS兼容的工艺条件下，仍然是一个未解决的问题。本文的研究正是为了解决这...

高声压压电微机械超声换能器的研究进展 学术背景 超声换能器在物体检测、无损检测、生物医学成像和治疗等领域有着广泛的应用。与传统的体超声换能器相比，压电微机械超声换能器（PMUTs）具有体积小、功耗低、带宽宽等优势，适用于消费电子和物联网（IoT）中的测距、手势识别、指纹传感和3D成像等应用。然而，这些小型传感器的输出压力相对较低，限制了其在多种应用中的信号传输能力。例如，目前最先进的基于氮化铝（AlN）的PMUT阵列仅能实现4米的传输距离。为了扩展PMUT在诸如空中触觉反馈、扬声器和声学镊子等应用中的使用，主要挑战在于实现高声压级（SPL）。 PMUT的传输特性主要由机械结构设计和活性压电材料决定，因此寻找新的材料以提升性能成为研究重点。尽管AlN是最常用的压电材料，但其压电系数较低（e31...

基于树根启发的模板限制增材打印技术用于制造高鲁棒性共形电子器件 学术背景 随着智能机器人、智能皮肤和集成传感系统等新兴应用场景的快速发展，共形电子器件在自由曲面上的应用变得至关重要。然而，现有的共形电子器件在机械或热影响下容易发生撕裂、断裂或开裂，限制了其应用可靠性。为了解决这一问题，研究人员从树根系统的力学机制中获得灵感，提出了一种模板限制增材打印（Template-Confined Additive, TCA）技术，用于制造高鲁棒性的共形电子器件。 论文来源 该论文由Guifang Liu、Xiangming Li、Yangfan Qiu等作者共同撰写，作者来自西安交通大学微纳技术研究中心和前沿科学技术研究院。论文于2024年发表在Microsystems & Nanoengineeri...