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用于碳化硅和氮化镓电子设备的高介电常数二元氧化物薄膜的结构和绝缘行为
摘要：高κ电介质是介电常数高于二氧化硅的绝缘材料。这些材料已经在微电子领域得到应用，主要用作硅 (Si) 技术的栅极绝缘体或钝化层。然而，自过去十年以来，随着宽带隙 (WBG) 半导体的广泛引入，如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)，后硅时代开始了，这为高κ材料在这些新兴技术中的应用开辟了新的前景。在此背景下，铝和铪的氧化物（即 Al 2 O 3 、HfO 2 ）和一些稀土氧化物（例如 CeO 2 、Gd 2 O 3 、Sc 2 O 3 ）是有前途的高κ二元氧化物，可用作基于 SiC 和 GaN 的下一代大功率和高频晶体管的栅极介电层。本综述论文概述了用于后硅电子器件的高介电常数二元氧化物薄膜。特别地，重点关注通过原子层沉积在 WBG 半导体（碳化硅和氮化镓）上生长的高 κ 二元氧化物，无论是非晶态还是晶体膜。讨论了沉积模式和沉积前或沉积后处理的影响。此外，还介绍了这些薄膜的介电行为，并报告了一些应用于 SiC 和 GaN 晶体管的高 κ 二元氧化物的示例。强调了这些技术的潜在优势和当前的局限性。
增材制造
研究发现，通过激光粉末床熔化增材制造 (LPBF) 熔化 316 L 不锈钢后，从熔池中喷出的飞溅颗粒具有在雾化 316 L 粉末中未观察到的形貌。该飞溅由大球形颗粒、高度树枝状的表面、带有吸积液体盖子的颗粒以及在凝固前由液带固定在一起的多个单个颗粒的聚集体组成。本研究的重点是另一种独特的飞溅形貌，它由较大的球形颗粒组成，其表面氧化斑点表现出广泛的表面结构分布，包括有组织的图案。使用多种成像技术对具有有组织的表面氧化物图案的飞溅颗粒的表面和内部颗粒特征进行了表征。观察结果如下：1）斑点位于飞溅颗粒表面，未明显渗透到内部，2）斑点为非晶态，富含硅（Si）-锰（Mn）-氧（O），3）颗粒和斑点之间存在两部分富含铬（Cr）-O的层，4）斑点的顶面存在富含Cr-O的形态特征，5）飞溅颗粒的成分与316L一致，但远离斑点处飞溅颗粒中的Si含量似乎有所降低，6）飞溅颗粒内部存在小的富Si球形颗粒。
烃类环境对Ge-As-Se-S硫系玻璃电学特性的影响
对现有科学文献的比较分析表明，基于陶瓷（Al 2 O 3 、TiO 2 、SiO 2 ）及其主轴连接制成的传感器既有优点，也有缺点。采用特殊工艺方法制造的SiO2多孔材料成本高，对SO 2 、CO 2 、CO、NH 3 、CH 4 等有毒气体的灵敏度低，等效逆反应时间<10秒[1]。研究表明，由薄非晶态片状硫属玻璃（As 2 (Se 0.9 Te 0.1 ) 3 、As 2 Se 3 ）制成的传感器的灵敏度取决于它们的成分，其惰性极低。主要原因是作为电子过程的体电导率变化发生得相当快[2]。另一方面，硫属化物玻璃传感器（As 4 S 3 和 As-Ge-Te）体积小、成本低、能耗低，灵敏度高 [3]。基于硫属化物 As 4 S 3 和 As-Ge-Te 玻璃薄层的电阻式传感器对丙胺 (C 3 H 7 NH 2 ) 和二氧化氮 (NO 2 ) 介质高度敏感，可成功用于监测这些介质，因为它们具有对湿度的动态响应、高恢复性和可逆性的特点 [3]。硫化物硫系玻璃（例如As-S）的波长主要在0.6~7微米范围内，而含锗（Ge）、硒（Se）、硫（S）和碲（Te）的硫系玻璃（Ge-S、Ge-Se、Ge-As-S、Ge-As-Se、Ge-As-Se）的波长更宽，光学透明度高（2~12微米），可以在相对较宽的温度范围内（200~300℃）作为更有效的光纤材料应用[4.5]。
直流反应磁控共溅射沉积的钽-钛氮氧化物薄膜：机械、光学和电学特性
摘要：调整二元 Me 氮氧化物 (Me 1 Me 2 ON) 的元素组成和结构的可能性可以为多种应用带来有吸引力的特性。在这项工作中，钽-钛氮氧化物 (TaTiON) 薄膜通过直流反应磁控共溅射沉积，对基片支架施加 -50 V 偏压，基片温度恒定为 100 ◦ C。为了以受控方式增加或减少共溅射膜中的 Ti 和 Ta 含量，Ti 和 Ta 靶电流在 0.00 和 1.00 A 之间变化，步长为 0.25 A，同时保持施加到两个靶上的电流总和为 1.00 A。反应气体流量由具有恒定 N 2 /O 2 比率 (85%/15%) 的氮气和氧气混合物组成，也保持恒定。单金属氮氧化物（TaON 和 TiON）结晶度较低，而所有其他共溅射膜则基本呈非晶态。这两种膜还表现出对金属基材的更高附着力。TaON 膜的硬度值最高（14.8 GPa），TiON 膜的硬度值低得多（8.8 GPa），而共溅射涂层的硬度值介于两者之间。最有趣的发现之一是，当 Ti 浓度超过 Ta 浓度时，O 含量显著增加。这不仅显著影响了膜的光学特性，还影响了其电性能。共溅射膜的薄层电阻率在很大程度上取决于 O/(Ta + Ti) 原子比。
单个微生物的阵列无标记培养和生长评估
图 S1. 皮升级孵化器阵列的制作方案。孵化器图案由 2D CAD 软件（DraftSight，法国 Dassault Systèmes SE）设计。孵化器的设计直径为 30 µm。首先将光刻胶（ZPN 1150-90，日本 Zeon 公司）以 2500 rpm 的转速旋涂在玻璃基板上 30 秒。然后，使用标准光刻工艺对光刻胶膜进行图案化。光刻胶膜的图案化残留物（高度约为 10 µm 的微柱）被用作孵化器阵列的模板。接下来，采用旋涂技术（旋转速度：4000 rpm）将氟惰性溶剂（CT-solv.180，AGC Inc.，日本）中的非晶态氟聚合物（Cytop CTX-809SP2，AGC Inc.，日本）沉积在模板上。之后，在涂有氟聚合物的基板上沉积 PDMS 薄膜。薄膜结构有助于抑制基板因内部应力而表现出的自弯曲现象。这意味着通过采用薄膜结构可以保持 PDMS 培养箱阵列和玻璃皿之间的界面粘附力。在这方面，我们采用旋涂沉积工艺来制备基于 PDMS 的培养箱阵列。将含有固化剂的 PDMS（Sylgard 184，陶氏化学公司，美国）的低聚物溶液旋涂在模板上并固化。 PDMS 膜的最终厚度约为 20 µm。然后，将完成的 PDMS 膜从模板上剥离。使用 LEXT OLS4100 激光扫描显微镜（日本奥林巴斯）确认 PDMS 膜的图案。
利用量子处理单元上的量子生物技术来改善蛋白质结合位点的测定
简洁地模拟蛋白质结合对于理解不同生物系统之间的相互作用、设计有影响力的新生物化合物以及构建结合生物系统和非生物系统（如晶体和非晶态系统）的生物材料至关重要。近年来，基因疗法有望治愈各种疾病，而 CRISPR 的发展进一步放大了这种希望，这使得这一点尤为重要。由于每种氨基酸都很复杂，因此精确的建模仍然很困难。虽然有许多精确的模型描述蛋白质与其他蛋白质或某些溶剂中的相互作用，但模拟温度的影响、同一区域内其他系统引起的扰动的影响等仍然极其困难[1]。如果将功能类分配给整个功能，则随着氨基酸数量的增加，结合函数的求解难度将呈指数级增长，这使得只能在多项式时间内工作的计算机无法有效求解所有可能的组合。这个问题有两类解决方案。一类涉及在生物建模领域使用机器学习和人工智能。这需要用多项式模型来近似指数模型，并使用大量蛋白质信息数据集和高性能聚类来识别所分析蛋白质与测试数据之间的相似性和差异性。虽然这已经取得了巨大的成功，特别是通过展示结合模型的更高精度，但模型的数据强度意味着机器学习的精确度取决于输入的数据。虽然这对于机器学习影响的其他领域来说不是问题，例如在语音识别中，许多类型的语音模式的数据集很容易获得，但蛋白质建模仍然依赖于纳米级成像和分析技术来表征对接位点和氨基酸之间的连接。
材料进展 - RSC 出版
在本节中，我们将回顾一些重要的研究，这些研究涉及有机半导体基薄膜晶体管的溶液加工性和电荷载流子迁移率，以及它们在有机气体传感器制造中的应用。首先，研究致力于探索有机半导体溶剂的可能性，从而调节半导体形貌和电荷传输。45–47 例如，Kim 等人研究了不同溶剂对 TIPS 并五苯薄膜形貌和结晶度的影响。48 沸点较高的溶剂（如氯苯和二甲苯）可形成结晶度较高的树枝状形貌，而沸点较低的溶剂（如氯仿）则可形成结晶度较低的非晶态薄膜。Choi 等人研究了溶剂沸点、晶粒尺寸和电荷传输之间的相关性。 29 使用高沸点氯苯旋涂 TIPS 并五苯可产生晶粒尺寸大、结晶度高的晶体，其迁移率比氯仿等低沸点溶剂高 5 个数量级。Hwang 等人报道了包括氯苯和四氢化萘在内的不同溶剂对 TIPS 并五苯/聚合物共混物的垂直相分离和组成结构的影响。49 使用四氢化萘溶剂时，观察到明显的相分离和增强的结晶，这归因于更高的迁移率值。Ozorio 等人发现了不同溶剂选择如何影响 TIPS 并五苯/聚（3-己基噻吩）（P3HT）共混物中的垂直相分离和电荷传输。溶剂三氯苯导致 TIPS 并五苯和 P3HT 之间出现适度的垂直相分离，并产生优化的 TIPS 并五苯薄膜形貌和增强的 P3HT 有序性，从而产生的输出电流是
利用频域热反射法进行有机薄膜非接触式质量密度和热导率测量
这些材料的厚度[13,14]、孔隙率[15]、多晶性[16]和生长形貌都会影响关键的设计参数，如质量密度（ρ）和热导率（κ）。例如，质量密度是爆炸材料爆轰性能的主要参数，因为它与由此产生的传播速度成正比。[17,18]另一方面，热导率可以为药物成分的无定形稳定性提供关键见解，这最终决定了它们的生物利用度。[3,19,20]对于薄膜热障，质量密度和热导率都起着重要作用，因为它们通常是被动的并受到瞬态热载荷。 [8] 考虑到工程表面的状况、[12] 微观缺陷、[21] 通往非晶态的新途径[20] 和新型沉积技术[22] 预计将共同作用以控制有机薄膜的微观结构，需要对热物理性质进行局部测量，以指导其合成和生长。然而，对有机薄膜而言，质量密度的局部测量是一个巨大的挑战。例如，掠入射 X 射线反射、光谱椭圆偏振术和横截面扫描电子显微镜要么需要超光滑表面[23]、有机物透明的波长[24]，要么需要可能损坏熔点低的样品的离子暴露。[25,26] 另一方面，重量法测量质量和体积会得出整个样本的平均密度，而没有关于微观结构的信息。显然，需要一种能够非破坏性地探测有机薄膜局部质量密度变化的测量技术。频域热反射 (FDTR) 是一种成熟的泵探测测量技术，可用于测定块体和薄膜材料的热性质，探测尺寸与激光光斑尺寸相当（通常约为 10 μ m）。[27–29] 使用 FDTR，可以定期提取材料的热导率和体积热容量 (ρcp)。然后可以使用测得的体积热容量和体积比热容 (cp) 的假设来确定质量密度。为了测量有机薄膜的质量密度，
用于 2D 晶体管的原生高 k 氧化物 - IuE
过去 60 年，集成电路中晶体管数量的迅猛增长推动了电子技术的进步。因此，现代电子芯片包含数十亿个场效应晶体管 (FET)，而最先进的硅 FET 由薄至 7 纳米（相当于 13 个原子层 1 ）的结构构成。然而，像硅这样的三维材料在进一步减小厚度时，迁移率会急剧下降。此外，非晶态和粗糙的沟道/氧化物界面（也存在于先进的高 k 技术中，如二氧化铪，HfO 2；k，介电常数）的影响变得越来越有害。因此，仅仅依靠标准硅技术进一步缩小现代电子设备的体积正在慢慢停滞 2 。继续缩小设备体积最有希望的解决方案之一是使用具有原子级厚度的二维 (2D) 沟道 3、4 的 FET，它们本质上提供亚纳米级的沟道厚度。然而，2D 技术缺乏能像二氧化硅 (SiO 2 ) 与硅一样有效的绝缘体。理想情况下，这种绝缘体必须能够扩展到等效氧化物厚度 (EOT；与某种替代绝缘体产生相同电容的 SiO 2 厚度) 的单个纳米以下，并且质量足够高以保持低漏电流。此外，绝缘体应该与通道具有明确的界面，绝缘体缺陷数量少，并且介电稳定性高。Hailin Peng 和同事在《自然电子学》上撰文，表明高迁移率 2D 半导体 Bi 2 O 2 Se 可以共形氧化为原子级薄的天然氧化物亚硒酸铋 (Bi 2 SeO 5 )，随后可用作 FET 5 中的栅极绝缘体。目前，六方氮化硼 (hBN) 被广泛认为是二维电子器件最有前途的绝缘体，因为它是结晶的，并且具有干净的范德华界面 6 。然而，hBN 不太可能满足低漏电要求
六方氮化硼作为低损耗电介质...
对于高相干性固态量子计算平台来说，微波频率下低损耗的电介质是必不可少的。在这里，我们通过测量集成到超导电路中的由 NbSe 2 –hBN–NbSe 2 异质结构制成的平行板电容器 (PPC) 的品质因数，研究了六方氮化硼 (hBN) 薄膜在微波范围内的介电损耗。在低温单光子范围内，提取的 hBN 微波损耗角正切最多在 10 −6 中间范围内。我们将 hBN PPC 与铝约瑟夫森结集成，以实现相干时间达到 25 μs 的传输量子比特，这与从谐振器测量推断出的 hBN 损耗角正切一致。与传统的全铝共面传输相比，hBN PPC 将量子比特特征尺寸缩小了约两个数量级。我们的研究结果表明，hBN 是一种很有前途的电介质，可用于构建高相干量子电路，它占用空间大大减少，能量参与度高，有助于减少不必要的量子比特串扰。广义的超导量子比特包括由电感和电容元件分流的约瑟夫森结，它们共同决定了它的能谱 1 。虽然理想情况下，组成超导量子比特的材料应该是无耗散的，但量子比特退相干的主要因素是量子比特的电磁场与有损体积和界面电介质的相互作用 2 。在典型的超导电路中，介电损耗可能发生在约瑟夫森结的隧穿势垒中，以及覆盖设备的许多金属和基底界面的原生氧化层中 3、4 。这些电介质通常是具有结构缺陷的非晶态氧化物，可以建模为杂散两能级系统 (TLS)。虽然这些 TLS 的微观性质仍有待完全了解，但已确定 TLS 集合与超导量子电路中的电磁场之间的相互作用限制了量子比特的相干性和超导谐振器的品质因数。人们还怀疑 TLS 可能存在于设备制造过程中留下的化学残留物的界面处 4、5。