三维晶体管阵列有望打破摩尔定律

<正>目前,用于计算机处理器的硅集成电路正接近单个芯片上晶体管的最大可行密度,至少在二维阵列中是这样。摩尔定律看似已难以维持。美国密歇根大学一研究团队却另辟蹊径,将晶体管阵列带入三维空间,在最先进的硅芯片上直接堆叠第二层晶体管。这一研究为开发打破摩尔定律的硅集成电路铺平了道路。摩尔定律认为,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。目前硅集成电路的晶体管密度已接     

电子材料的发展

硅芯片是电子材料的典型代表。20世纪60年代初开始产业化的集成电路（IC）只用少量的晶体管，到2007年，标准处理器芯片大约有相当于4亿只晶体管，增加了8个数量级（见图1）。这一期间，硅芯片的销售量和销售额急剧增加，到2006年，全球销售额超过2000亿美元。芯片的终端应用远不止计算机，例如2006年芯片在汽车工业的销售额约为250亿美元。     

美建成世界第一台碳纳米管计算机

美国斯坦福大学研究人员已建成全球第一台完全使用碳纳米管的计算机。专家认为,这一成果或将开启电子设备新时代。
　　美国斯坦福大学研究人员在《自然》杂志上报告说,用碳纳米管代替硅制造晶体管无法取得突破,主要因为作为半导体材料,碳纳米管有两方面内在缺陷：首先,碳纳米管很难被整齐排列形成晶体管电路;其次,由碳纳米管排列方式所致,被制成晶体管后,它们其中一部分像金属一样总是具有导电性。研究人员找到一个双管齐下的方法规避上述缺陷：一方面,设计出一种聪明的计算方法,可以自动忽略排列混乱的那部分碳纳米管;另一方面,他们将晶体管电路中总是具有导电性的那部分充电烧毁,结果就得到一个正常的电路。研究人员利用该设计方法建成的碳纳米管计算机芯片包含178个晶体管,其中每个晶体管由10至200个碳纳米管构成。不过,这一设备只是未来碳纳米管电子设备的基本原型,目前只能运行支持计数和排列等简单功能的操作系统。     

多国家和地区联合团队攻克二维沟道材料晶体管实用化关键难题

正据国防科技信息网5月17日消息,美国麻省理工学院加州大学伯克利分校、美国劳伦斯伯克利国家实验室、台积电公司、台湾大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学组成的联合研究团队攻克了二维沟道材料晶体管实用化关键难题。随着晶体管尺寸的持续缩小,其传导电流的通道越来越窄,需要不断采用高电子迁移率材料。二硫化钼等二维材料是理想的高电子迁移率材料,但将其与金属导线互联时在接触界面会形成肖特基势垒,这种现象会抑制电荷流动。研究团队证明,使用半金属铋并结合两     

弧焊逆变器的电子开关器件应用现状及趋势

弧焊逆变器是当前焊接电源设备发展的主流方向,而电子开关器件则是其核心之一。介绍了弧焊逆变器的基本工作原理,通过对晶闸管、晶体管、MOSFETI、GBT等传统的电子开关器件在弧焊逆变器中的应用现状分析,指出电子开关器件向大功率、模块化、高频化、全控化和多功能化的发展趋势。晶闸管、晶体管式逆变弧焊器将完全被IGBT式所代替,高频、中小容量的MOSFET式逆变器仍有一定市场,集成门极换向型晶闸管(IGCT)、电子注入增强门极晶体管(IEGT)等新型的电子开关器件将在弧焊逆变器中得到广泛应用。     

芯片制造电子电镀表界面科学基础——第341期“双清论坛”综述

电子电镀作为芯片制造中唯一能够实现纳米级电子逻辑互连的技术方法,是国家高端制造战略安全的重要支撑。本文基于国家自然科学基金委员会第341期“双清论坛”,针对我国在芯片制造电子电镀领域的重大需求,梳理了芯片制造电子电镀表界面科学基础的研究现状、发展趋势及面临的挑战,凝炼了该研究领域急需关注和函待解决的重要基础科学问题,探讨了今后5~10年的科学基金重点资助方向,为国家相关政策的总体布局提供有效的参考建议。     

美国研究人员攻克二维沟道材料晶体管实用化关键难题

正据国防科技信息网5月17日消息,美国麻省理工学院联合美国加州大学伯克利分校、美国劳伦斯伯克利国家实验室、台积电公司和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学等单位,攻克二维沟道材料晶体管实用化关键难题。近年来,随着晶体管的持续微细化,传导电流的通道越来越窄,需要不断采用高电子迁移率材料。二硫化钼等二维材料是理想的高电子迁移率材料,但将其与金属导线互联时在接触界面会形成肖特基势垒,这种现象会抑制电荷流动。此次研究人员证明,使用半金属铋并结合两种材料     

过渡金属氢化物TMH（TM=Mo、TC、RU）的显微组织、电子特性和力学性能的第一性原理研究

通过基于广义梯度近似密度泛函理论的第一性原理研究过渡金属氢化物 TMH(TM =Mo、TC、RU)的显微组织、电子特性和力学性能。在被研究的5个晶体结构中,立方结构比六方晶结构更稳定。预测了不同过渡金属氢化物在高压下的相结构转变,如：MoH中从ZB结构到WC结构的转变、在TcH中从NaCl结构到NiAs结构的转变以及在RuH中从NaCl结构到ZB结构再到NiAs结构的转变。弹性常数的计算表明：三种氢化物的力学性能在环境压力下是稳定的。     

人类拍摄到半导体材料内部电子运动

正英国《自然·纳米技术》杂志10月11日在线发表论文称,科学家们利用飞秒技术首次成功拍摄到半导体材料内部电子状态变化。该成果将提供对半导体核心器件前所未有的洞察。自20世纪后期以来,半导体器件技术进步集中且明显,譬如晶体管、二极管以及太阳能电池等。这些器件的核心,正是电子在半导体材料中进行的内部运动,然而,由于电子的速度极快,测量电子运动是一个重大难题。一直到     

基于第一性原理的金属导热性能研究

基于第一性原理提出了一种纯金属热导率的高效计算方法。引入常弛豫时间近似,应用密度泛函理论(DFT)与最大局域化Wannier函数(MLWFs)方法求解金属材料的电子热导率,简化了电子热导率的计算流程;在计算声子热导率时,将Birch-Murnaghan状态方程与Debye模型引入Slack方程,提高了声子热导率的计算效率。采用本方法计算了Al、Mg、Zn 3种材料在300~700 K温度范围内的电导率和热导率,计算值与实测值吻合良好,验证了计算方法的准确性。结果表明,材料的电子和声子的结构是影响热导率的关键因素,在金属材料的导热过程中,电子始终发挥着主要的输运作用,并且随着温度的升高,电子热导率占总热导率的比率也逐渐上升。     

半导体ZnS:Co的电子结构与磁性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了闪锌矿结构Co掺杂ZnS体系的电子结构和磁性。通过计算掺杂后组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度,发现单个Co原子掺杂,替换超晶胞(2×2×2)中心的Zn原子后体系形成能小于0,可以实现掺杂,且在费米能级处出现自旋极化现象,体系具有半金属特性。通过对2个Co原子的掺杂情况的计算,发现Co-S-Co反铁磁耦合、Co-S-Zn-S-Co铁磁耦合时体系最稳定,同时解释了Co掺杂ZnS体系的铁磁性产生机理。     

Fe中刃型位错扭折处掺S的电子结构

用基于密度泛函理论的自洽离散变分方法研究了bcc Fe中[100](010)刃型位错扭折处掺S的电子结构,计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明:S引入体系后,电荷发生了重新分布,S原子得到电子,其周围Fe原子失去电子,且S原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使得它们之间的成键有较强的方向性,可影响材料的韧性;而近邻Fe原子因失去电子使自身之间相互作用比未掺杂时减弱,有利于扭折的迁移,可能影响材料的强度.     

锐钛矿型TiO_2(101)面与Ag相互作用的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对锐钛矿型TiO_2(101)面上两种键桥形式吸附Ag原子的吸附能、电子布居、单位键长及电子结构等参数进行计算,研究Ag/锐钛矿型TiO_2复合材料中的Ag与TiO_2的相互作用。研究发现,锐钛矿型TiO_2(101)吸附Ag原子时,将是O-Ag之间的电子转换;并且,Ag原子更容易与锐钛矿型TiO_2(101)面的键桥Ti上的O原子发生反应生成相应的化合物。     

空位缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究单层Mo S2中的空位缺陷形成及其对电子结构的影响,基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了单层Mo S2中Mo空位和S空位的形成能、空位附近的晶格畸变、Mo S2层中的电子分布以及态密度(DOS)和能带结构。计算结果显示,2种空位缺陷都具有点缺陷特征,其附近的电子分布呈现出明显的局域化特点,且S空位比Mo空位更容易形成。通过与本征态Mo S2电子结构的对比分析,发现2种空位缺陷的存在对单层Mo S2的电子结构、尤其是对导带高能量区域的能态密度会产生十分明显的影响,这些影响可能与空位缺陷引入的缺陷能级有关。     

指纹密码锁新技术

西门子公司研究开发部最近研究成功一种指纹敏感芯片。这种芯片仅有1．3厘米见方，大小如人体手指甲，它上面却分布着65000个微型敏感元件，每个敏感元件的线度不超过50微米，这么多的精细敏感元件可以非常详细、非常准确地把人手指上的各种各样的纹路信息摄取下来，储存于电脑里，若将这种芯片使用到银行自动柜员机上，取款时就可以不再使用原来的取款密码，取款者只需把手指放在该芯片上，如下图所示，它就能自动将取款者手指上的纹路信息输送给电脑，电脑将输入的指纹与事先储存在电脑中帐户主人的手指纹路加以分析、比较，然后判断出，…     

钢铁材料晶界性质和冲击断裂特征的电子结构表征

采用电子能量损失谱(EELS)研究了不同商用钢铁材料的晶界,计算了晶界处和晶粒内铁原子的3d电子占据态密度,并将其和晶界性质以及材料的宏观断裂性能相联系．结果表明：当样品晶界处铁原子的3d电子占据态密度高于晶粒内时,晶界结合强度低于晶内,晶界表现出脆性,材料的冲击断裂方式主要为脆性的沿晶断裂;反之,如果晶界处铁原子的3d电子占有态密度与基体没有明显的差异,则晶界结合强度与晶内相当,晶界表现出韧性,材料的断裂方式主要为韧性的穿晶断裂．     

X波段GaAs功率芯片共晶焊热应力分析

随着电子封装集成度的不断提高,电子芯片的功率容量和发热量也越来越大,封装体内部温度分布不均以及产生的热应力影响芯片的可靠性.热沉作为电子设备主要的散热方式之一,被广泛使用.利用ANSYS有限元软件针对芯片-共晶层-热沉结构进行建模,通过有限元3D模型模拟该封装结构在热循环温度-55~125℃条件下产生的热应力情况,研究了采用不同热沉材料共晶焊的应力.结果表明,该结构封装的最大应力出现在热沉下表面的4个拐角处.钨铜为热沉结构时应力值最大,AlSi50次之,AlN最小.研究结果对X波段功率模块封装设计提供了设计依据.     

防锈油膜失效过程中的导电行为转变

采用电位-电容法及Mott-Schottky分析技术研究了自腐蚀电位条件下防锈油膜在3%氯化钠溶液中失效过程的导电机制转变行为.研究表明，防锈油膜失效过程中存在半导体导电特征，随着浸泡时间的延长，防锈油膜从浸泡初期的p型半导体转变为n型半导体，防锈油膜逐渐出现两个空间电荷过渡层，并且计算了不同转变时期防锈油膜中的电子给体(ND)和电子受体(NA)的密度.     

Pt-Zr合金在高氧氛围下氧化机制的 第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛涵理论方法从点阵参数、单位键长、电子结构等几个方面研究Pt-Zr固溶体在高氧氛围下的氧化机制.结果发现,在Pt-Zr固溶体的氧化过程中,固溶体的点阵参数发生显著的变化,最终α轴的膨胀要大于b、c两轴的膨胀.从电子结构分析,由于Zr的氧化性强于Pt,所以主要是Zr的4d电子轨道上电子与O的2p轨道上的电子成键结合形成Zr的氧化物,而Pt在整个氧化过程中只是起到中介桥梁的作用,计算结果与实验现象是比较吻合的.     

低温固化电子浆料高导热性能研究进展

电子浆料作为一种性能优异的热界面材料,广泛应用于超高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中,可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的机械连接、电连接和热连接并能满足高温环境下的使用要求。本文介绍了纳米银和碳纳米管应用于低温固化电子浆料提高导热性能的最新研究进展,基于二者对电子浆料导热结构的影响分别介绍了：1)纳米银尺寸、表面包覆剂以及烧结结构内部孪晶的形成对电子浆料导热性能的影响;2)制备定向碳纳米管阵列以及阵列连接界面改性修饰,在芯片与热沉之间形成高导热通路制备热界面材料; 3) 银修饰碳纳米管的界面效应以及其与银粉烧结键合形成三维复合导热结构对提升电子浆料导热性能的影响。并对未来纳米银与碳纳米管提高电子浆料导热性能的发展方向进行了展望。