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...
高迁移率 n 型二硫化钼晶体管中分数量子霍尔相研究 背景与研究动机 在低温下，基于半导体过渡金属二硫属化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDs）的晶体管理论上可提供高载流子迁移率、强自旋轨道耦合和内在的强电子相互作用。这使其成为探索多体电子相互作用和量子态的理想平台。然而，由于在极低温下实现与 TMD 材料的鲁棒欧姆接触（Ohmic Contact）的挑战，长期以来，尚无法全面研究费米水平接近能带边缘情况下电子关联的特性，特别是在部分填充 Landau 能级（Landau Levels, LLs）下的分数量子霍尔（Fractional Quantum Hall, FQH）现象。 本文作者提出了一种“窗口接触技术”，成功实现了从毫开尔文到室温范围内的 ...
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...
关于Cr掺杂V₂O₃薄膜压阻效应的研究及其在MEMS传感器中的应用 学术背景 压阻式微机电系统（MEMS）传感器是一类利用材料的压阻效应将应力变化转化为电阻变化的设备，广泛应用于汽车、航空航天、生物医学和研究领域。目前，大多数压阻式传感器使用掺杂硅作为压阻材料，尽管其易于集成且成本低廉，但其压阻效应有限，纵向压阻系数（Gauge Factor, GF）通常低于120。为了提升传感器性能，研究人员一直在探索新的压阻材料。钒氧化物材料因其独特的压阻特性引起了广泛关注，尤其是Cr掺杂的V₂O₃薄膜，其在室温下通过应变控制表现出显著的电阻变化，显示出作为压阻材料的潜力。 论文来源 本论文由Michiel Gidts、Wei-Fan Hsu、Maria Recaman Payo、Shaswat Kus...
基于电热驱动的Al-SiO₂双材料微夹持器的研究 学术背景 微夹持器（microgripper）在微米和纳米尺度的组装与操作中扮演着至关重要的角色，广泛应用于微电子、MEMS（微机电系统）和生物医学工程等领域。为了确保对脆弱材料和微小物体的安全操作，微夹持器需要具备高精度、快速响应、易于操作、强可靠性和低功耗等特性。尽管已有多种驱动机制的微夹持器被开发出来，如静电驱动、电磁驱动、光驱动等，但这些技术仍存在一些局限性，例如光驱动微夹持器需要特定的光源和光学路径，静电驱动微夹持器需要高电压，电磁驱动微夹持器则涉及复杂的磁场生成系统。因此，开发一种高性能、小型化、易于操作且广泛适用的微夹持器仍然具有重要意义。 电热驱动微夹持器因其结构简单、驱动电压低且能够实现显著的结构变形而备受关注。本文研究团队...
超薄超平金刚石膜的可扩展生产 学术背景 金刚石作为一种具有优异物理性质的材料，在电子、光子、力学、热学和声学等领域具有广泛的应用潜力。然而，尽管过去几十年在金刚石材料的研究上取得了显著进展，大规模生产高质量的超薄金刚石膜仍然是一个巨大的挑战。传统的金刚石膜生产方法，如激光切割和化学气相沉积（CVD），虽然能够生产高质量的单晶金刚石（SCD），但在大规模工业应用中存在诸多限制，尤其是无法生产大面积、超薄且表面平整的金刚石膜。这些问题严重阻碍了金刚石材料在半导体技术中的广泛应用。 为了解决这一问题，研究人员一直在探索新的生产方法，以实现大面积、超薄、超平且可转移的金刚石膜的生产。本文提出了一种基于边缘暴露剥离的简单、可扩展且可靠的方法，成功生产出了大面积（2英寸晶圆）、超薄（亚微米厚度）、超平（...
单晶二维半导体的生长式单片三维集成技术研究 学术背景 随着现代电子工业的快速发展，三维（3D）集成技术逐渐成为提升电子器件性能的重要手段。传统的二维（2D）集成电路在尺寸缩小和性能提升方面面临诸多挑战，尤其是在纳米尺度下，电阻-电容（RC）延迟问题日益突出。为了克服这些限制，研究人员开始探索三维集成技术，通过垂直堆叠芯片来减少互连距离，从而降低功耗并提高数据传输效率。 目前，通过硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）技术是唯一能够实现单晶器件三维集成的方法。然而，TSV技术存在成本高、芯片对齐困难以及占用宝贵芯片空间等问题。此外，传统的单片三维（Monolithic 3D, M3D）集成方案虽然具有潜力，但在低温下在非晶或多晶表面上生长单晶半导体材料仍然是一个巨大的挑战。...
超窄线宽混合集成自注锁定780nm激光器研究报告 研究背景 在现代科技中，窄线宽激光器在多种应用中发挥着至关重要的作用，包括经典与量子传感、离子陷阱系统、定位/导航/定时系统、光钟和微波频率合成器等。在可见光及近可见光谱范围内，低噪声激光器尤为重要，特别对于用于量子计算、传感和原子钟的激光束缚与冷却技术。本研究展示了一种在780 nm操作的混合集成窄线宽激光器，实现了105 Hz的自差异线宽。这项研究不仅展示了Hz级窄线宽激光器的技术可行性，还为未来的探索奠定了基础。 论文来源 这篇论文的主要作者是Artem Prokoshin、Michael Gehl、Scott Madaras、Weng W. Chow和Yating Wan，分别来自沙特阿拉伯的King Abdullah Univers...
背景介绍 光子集成电路（PICs）对于实现高速数据传输具有重要意义。然而，由于传统光子集成电路只采用单平面或少数堆叠平面，光学信号路由受限。此外，在实际应用中，耦合损耗需要尽可能低。当前的光子集成电路主要通过平面制备技术构建，包括硅基绝缘体（SOI）、硅氮化物（SiN）和铌酸锂绝缘体（LNOI）等材料。然而，这些方法常常面临光路耦合损耗较高和光路复杂难以实现3D自由路径等问题。 为了克服上述限制，科研团队提出了一种新的制备方法——通过光束曝光调控的折射率（SCRIBE）技术，能够在介孔二氧化硅结构内写入准确的3D梯度折射率（GRIN）分布。本文作者旨在应用SCRIBE技术制备低损耗、宽带、偏振不敏感的光纤耦合单模3D光体互连器件，并实现任意3D路径中的波导。 论文来源 2014年7月，作者A...