2013美国材料研究协会秋季会议

2013美国材料研究协会秋季会议

2013年12月1 ～6日，“2013年度美国材料研究协会秋季会议”于美国马萨诸塞州波士顿市隆重举行。美国材料研究协会是全球范围内材料学领域极有影响力的重要盛会，旨在为学术界、工业界以及政府的科研工作人员提供一个跨学科的交流平台，促进材料研究的发展，以提高人类的生活品质。

美国材料研究协会始建于1973年，目前已经拥有来自70多个国家和地区的超过16 000名注册会员，并且仍在不断增长。本次会议共设置了51个专题讨论会，超过5 700个学术报告，内容涵盖石墨烯及其他二维材料的生长、性能以及应用，纳米线和纳米管，界面表征与再生能源，复杂半导体材料及器件，先进核技术材料，仿生结构材料工程和应用等多个不同的材料学研究领域，体现了其多学科交叉式交流的特点。

以弹性应变工程为主题研讨会首次亮相美国材料研究协会年度会议

在本次大会上，由美国麻省理工学院李巨教授、美国约翰霍普金斯大学马恩教授、西安交通大学单智伟教授和美国海思创公司奥登·沃伦(Oden Warren)博士组织的以弹性应变工程(Elastic Strain Engineering)为主题的研讨会首次亮相美国材料研究协会年度会议，便引起广泛关注。由于材料“越小越强”的特性，纳米线、纳米管、纳米颗粒、薄膜等纳米结构的材料能够承受远高于块体材料的应力而不发生塑性形变或断裂，这使得通过连续控制材料在6个维度上的弹性应变来调控材料的物理化学性能成为了可能，大大扩展了材料性能优化的调节空间。弹性应变工程研讨会将弹性应变的理论研究和实际应用相结合，讨论了包括应变硅、一维纳米功能材料、二维功能氧化物薄膜、二维原子层(石墨烯、二硫化钼等)在内的不同种类、维度的材料体系，通过不同的方式施加弹性变形，实现对材料的结构以及电学、光学、磁学、催化等物理化学性质的可控调节。这次研讨会使研究不同领域材料弹性应变的科研工作者们汇聚一堂，进行了深入交流和探讨，为今后该领域的发展提供了新的思路。研讨会期间，IBM公司Devendra K.Sadana博士、佐治亚理工学院的王中林院士、哥伦比亚大学James Hone教授、康奈尔大学Darrell G.Schlom教授等多名国际知名材料学家分别作了精彩报告。

Devendra K Sadana博士

IBM公司Devendra K Sadana博士在题为“应变硅工程的过去、现在和未来”(The Past，Present and Future of Strained Silicon Technology)的报告中，回顾了应变硅工程的历史，并介绍了多种已经应用或者具有应用前景的对硅施加应变的方法。尽管人们很早就认识到应变能够改变半导体中载流子的移动能力，但直到20世纪90年代应变硅技术才被应用在半导体行业。而如今利用硅锗合金作虚拟衬底，对硅施加二维应变的应变硅技术大大提高CMOS了性能，并且已经被广泛应用于半导体领域，创造了数以亿计的财富价值。目前随着工艺应变技术的出现，人们得以对硅施加单轴应变并进一步提高了载流子的移动能力。但是随着器件微型化的趋势，应变硅的尺寸已经由90 nm减少到了22 nm甚至更小。这使得无论是单轴还是双轴的局部应力的施加以及保持变得越来越困难。面对这种挑战，近期研究表明采用与工艺应变不同的wafer－level应变技术有望在极小的尺寸下引入双轴和单轴混合应变，从而解决这一难题。在报告的最后，萨达纳博士指出，器件的三维化是应变硅技术的发展趋势，而人们对于如何在三维器件中有效的施加应变的认识还非常有限，因此还需要在这方面进行大量的研究工作。

王中林院士

佐治亚理工学院的王中林院士作了“纳米压电电子学和压电光电子学”(Piezotronics and Piezo-Phototronics)的报告。报告中指出随着集成电路的集成度越来越高，晶体管的尺寸越来越小，特别是当器件中最小线宽趋于10 nm时，将会出现一系列由量子效应引起的新的效应。另外从工艺上讲，器件线宽越小，大规模工业化市场的成本将大幅增加。因此终究有一天摩尔定律会遇到瓶颈甚至失效。王中林院士提出以多样性和多功能性超越摩尔定律和人机交互界面的观点，提出的纳米压电电子学和纳米压电光电子学是很好的一个突破口。随后王中林院士详细的讲解了压电电子学和压电光电子学的物理基础:压电势。压电效应是物质在应力作用下产生形变时出现的一种内部电势的现象。压电势作为栅极电压调控的电子器件显示了一种制备由应变、应力或压强驱动和控制的电子器件、传感器和逻辑电路的新方法。压电电子学和压电光电子学正是基于压电效应、光激发和半导体特性的三相耦合而产生的新效应。报告随后详细的介绍了基于纳米压电电子学和压电光电子学制造的纳米器件:压电电子学晶体管、压电电子学逻辑电路及运算操作、压电电子学机电存储器以及压电光电子学在光电池、光电探测器、发光二极管、电化学过程以及能源存储中的应用。最后王中林院士还指出了一些其他的可能具有压电电子学和压电光电子学效应的材料，为其他研究小组在该方向的研究提供指导。

James Hone教授

来自哥伦比亚大学James Hone教授作了题为“纯净以及有缺陷的二维材料的力学行为”(Mechanics of Pristine and Defective 2D Materials)的报告。石墨烯、二硫化钼、氮化硼等二维材料从一出现，就因为它们令人无法想象的力学光学等性能而备受人们的关注。在这个报告里詹姆斯霍恩教授以典型的二维材料——石墨烯为例，介绍了石墨烯的弹性变形行为(Elastic Properties)以及本征的破坏强度(Breaking Strength)，报告中提到实验过程是首先在二氧化硅薄膜上刻蚀直径约1 μm的小孔的阵列，然后将石墨烯沉积在二氧化硅薄膜上，最后利用原子力显微镜的探针压缩小孔处的石墨烯，以测试石墨烯的弹性形变以及断裂强度等力学性能。由于实验过程中石墨烯并非均匀形变，所以不能简单直观的得到石墨烯的弹性形变以及断裂强度，而是需要利用非线性弹性应力应变响应对其进行分析。实验结果表明石墨烯的弹性变形可以达到25%，远远超过了普通材料，而它的杨氏模量更是高达1 TPa，是所有已知材料中强度最高的材料，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。他将石墨烯的超高强度形象地比喻成，一只大象站在一只铅笔上所造成的压强，也不能把单层的石墨烯戳破。霍恩教授同时指出这种实验和分析方法可以应用于其他二维材料的力学性能的研究中。

Darrell G.Schlom教授

康奈尔大学Darrell G.Schlom教授作了题为“提高氧化物的性质－现代炼金术士的方法”(Enhancing Oxide Properties-the Approach of the Modern Alchemist)。在室温附近由铁磁性转化为顺磁性的材料体系具有广泛的应用前景。传统调节铁电转变温度(Tc)的方法是通过化学取代的方法，但是该方法容易在材料体系内部引入更多的混乱度及局部晶格扭转。近年来，一些研究小组已经证明通过弹性应变也可以有效地调控Tc。报告介绍了使用分子束外延生长技术，将钛酸锶薄膜生长在晶格失配的下层基底上，通过晶格错配在该薄膜中引入了远超于块体材料断裂极限的弹性应变，导致其铁电转变温度增加了上百摄氏度，从而使钛酸锶在室温下保持为铁电体相。由应力导致的铁电转变温度的改变是有报道以来最高的。随后该课题组将钛酸锶生长在硅基底上，也可将其常温下压缩到铁电态。该方法产生的应变同时，可以对铁磁材料性质、光催化氧化物材料和可调微波节点材料的性能进行有效的提高。他们的工作的证明:对于氧化物薄膜，应变是一种非常有效，而且可控的调节方法。

(西安交通大学单智伟教授)

专栏特约编辑单智伟

单智伟:男，1974年生，教授，博导;国家“千人计划”入选者，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年基金获得者;1996年于吉林大学材料与科学工程系获学士学位，1999年于中科院金属所获硕士学位，2005年于美国匹兹堡大学机械工程系获博士学位，2005～2006年于美国劳伦兹国家实验室的美国国家电镜中心从事博士后研究工作;2006年加盟纳米力学设备制造公司(hysitron)，并先后受聘为资深研究员、真空部门经理和Hysitron公司应用研究中心主任，2008年与西安交通大学开展合作，先后创建和参与创建3个国际化研究中心;现任西安交通大学金属材料强度国家重点实验室副主任、材料学院副院长，中国材料研究学会青年委员会常务理事，中国电镜学会常务理事及聚焦离子束专业委员会主任，中国仪器仪表学会仪表材料分会常务理事，中国晶体学会理事;在国际顶级期刊发表论文50余篇，SCI引用超过1 526余篇次，单篇SCI引用最高328篇次，H因子15;组织和共同组织国际学术研讨会12次，担任国际会议分会主席7次;主持科研项目4项(美国两项)。

肖思群:男，1958年生，博士，2010年为FEI Company的市场开发总监;1982年毕业于浙江大学材料系，1986年获德国亚堔工大冶金学硕士学位，1990年获德国哥廷根大学物理学博士，1990～1993年为美国凯斯西储大学材料系副研究员，1993～1996年于美国加州大学伯克利国家实验室的国家电子显微镜中心任博士后研究员;1996～2003年任美国科天公司演示实验室经理，台湾积体电路事业部以及中国事业部的应用工程经理，2004～2010年任美国应用材料公司在中国的工艺测控部总经理;1992年获美国电镜协会和瑞士DiATOME公司共同颁发的DiATOME美国奖;共发表论文60篇，被引超过800次。

特约撰稿人彭开武

彭开武:男，1971年生，高工;1997年获北京理工大学硕士学位，1999年于中科院电工所微纳加工研究室从事基于电镜(含扫描与透射)的电子束曝光机的研制工作，先后参与院知识创新/仪器改造项目4项，并在后面的3个项目中充当总体工艺组的主要参与者或负责人;2003年期间以访问学者身份在英国卢瑟福实验室中央微结构中心从事微纳米器件工艺研究，2007年于国家纳米科学中心纳米检测实验室从事聚焦离子束加工方面的工作。

贾志宏:男，1974年生，教 授，博 导;2003年中科院长春应化所硕博连读获博士学位，2005年获德国马堡大学博士学位，2005～2010年于挪威科技大学材料系任博士后研究员，2010年起为重庆大学特聘教授;现任重庆大学材料科学与工程学院中心实验室副主任，中国电子显微镜学会FIB专业委员会委员;曾参与“973”计划、国家自然科学基金等项目，承担法国和挪威研究理事会及企业资助的国际研发项目、挪威科技大学材料领域重点研究项目、重庆市科委国际合作项目等;发表论文35篇，SCI收录30篇，被引用380多次。

特约撰稿人贾志宏

吴文刚:男，1966年生，教授，博导;现任北京大学信息科学技术学院副院长、微电子学系主任、微电子学研究院副院长、信息科学技术学院学术委员会委员、学位评定委员会信息科学类分会副主席、委员;国家“核高基”重大专项课题、“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金项目评审专家，20多个国内外学术期刊审稿人，9个国际学术会议组织、技术程序委员或分会场主席;“砷化镓超高速集成电路和微波功率器件国家级重点实验室”第四届学术委员会委员，中国高等教育学会仪器科学及测控技术专业委员会委员，《中国科学》(E/F辑)第八届编委，《固态电子学研究与进展》期刊编委会委员;作为负责人主持国家自然科学基金面上项目、国家“973”计划项目、国家“核高基”重大专项课题等研究工作;发表论文140多篇，以第一发明人和合作发明人申请中国发明专利近20项(已获授权15项);曾荣获北京大学2005年度“杨芙清－王阳元院士优秀教学科研奖”。

特约撰稿人吴文刚

特约撰稿人徐宗伟

徐宗伟:男，1978年，副教授，博士，硕导;中国电子显微镜学会FIB专业委员会会员，天津大学“教书育人”优秀青年教师;主持国家自然科学基金项目、工信部重大科技项目等多项课题，5个国际学术期刊审稿人;发表SCI收录论文25篇，授权专利8项。