半导体技术

高亮度的短波红外有机发光器件

华南理工大学吴宏滨教授课题组联合西安近代化学研究所、香港城市大学和北京大学等研究团队开创有机半导体短波红外电致发光新研究方向。相关成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。有机发光二极管技术（OLEDs）在可见光和近红外波段已取得长足进步，在信息显示、半导体照明等领域得到广泛应用。然而，发射波长峰值在短波红外波段、辐射强度具备实用价值的高亮度有机发光器件仍然是一个多年来从未突破过的技术难题。受半导体材料中光吸收和发射过程存在倒易关系启发，研究团队提出利用目前成为有机光伏电池受体材料的给体-受体-给体（A-D-A）型稠环有机半导体作为发光材料，制备高性能短波红外发光二极管。

准一维拓扑材料的电子结构研究

上海微系统所叶茂研究员、乔山研究员团队与东京大学近藤武司（Takeshi Kondo）教授等合作，成功制备了一种准一维拓扑材料TaNiTe5，并首次直接观测到了该材料中强弱拓扑序共存的独特电子结构。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。维度对于拓扑材料极为重要：拓扑材料具有受对称性保护的边缘态，从而使得由缺陷或杂质引起的电子背散射被禁止；而进一步将拓扑材料的维度降低到一维则会显著增强电子的各向异性，使边缘态中自旋极化的电子被限制于一维导电通道中，从而最大限度地避免散射的发生以达到更高的迁移率、更长的自旋弛豫时间。相关工作全面而系统地揭示了TaNiTe5材料中“双拓扑”共存的独特拓扑性质。

一种自旋存算器件全电写入新方式

中国科学院半导体研究所朱礼军团队发现一种由扩散电流（spreading current）引起、广泛存在于微纳米器件和具有重要影响的垂直有效磁场，并发展了不同极化方向自旋（σx，σy，σz）的可靠测量方法。相关成果发表于《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）。自旋电子学存算器件是后摩尔时代信息科学的潜在解决方案之一。如何实现垂直磁各向异性比特的高能效全电驱动是目前高密度自旋存算技术亟待突破的重要课题。传统材料（如重金属和拓扑材料等）由于对称性保护只能产生面内横向极化自旋（σy），其角动量无法翻转垂直磁各向异性比特。因此，科学家们开始寻找垂直有效磁场和垂直极化自旋（σz）的有效产生方法。

利用中红外圆偏振光电效应揭示半导体碲中的与外尔有关的光学响应

北京大学物理学院量子材料科学中心孙栋教授与中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院，中国科学院强耦合量子材料物理重点实验室曾长淦教授合作，在中红外波长下对碲（Te）进行了圆偏振相关光电流的测量，为支持碲（Te）作为“外尔半导体”提供了有力的光学证据。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。外尔半金属由于其具有非平庸的能带结构，产生了许多与之相关的新奇拓扑特性，“外尔半导体”是相关领域下一个重要研究内容之一。实验发现，外尔半导体Te同时具有超高的迁移率、应变和厚度可调的带隙，以及二维分层结构与优良的空气稳定性。

原子级平整界面处声子非弹性输运

清华大学深圳国际研究生院孙波副教授、上海交通大学顾骁坤副教授、北京大学王新强教授等人合作，在金属半导体界面的导热机制上取得新进展。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。散热成为制约半导体器件稳定性、可靠性、寿命等的技术瓶颈之一。特别对于纳米尺度半导体器件，增加界面导热是提升散热性能中关键一环。因此，研究界面热输运对于半导体器件的散热具有重要的应用价值和科学意义。经合作研究，团队发现了在原子级平整的Al/Si、Al/GaN界面处的声子非弹性输运过程，而这个过程被視为界面处额外的声子输运通道，可提高界面热导，从而提升界面的散热性能。

Mo5Si3中通过磷/砷掺杂实现最高Tc～10.8K的强耦合超导电性

中国科学院物理研究所SC10组博士后阮彬彬和任治安研究员等人，与安徽大学物质科学与信息技术研究院联合培养研究生孙俊男、单磊教授组成的团队，为实现Mo5Si3的电子型载流子掺杂调控，详细研究了相关体系中Si位的As掺杂合成条件，发现在1600℃高温下通过固相反应可以成功实现As对Mo5Si3的掺杂调控。相关成果发表于《无机化学》（Inorganic Chemistry）。通过一系列的高质量样品制备和掺杂研究，他们发现As掺杂引入的电子将相关体系从拓扑半金属转变为超导体。通过低温比热测量与第一性原理能带计算表明，较高的超导温度与As引入的电子掺杂导致的费米面附近态密度的极大增强有关。

高熵合金研究进展

东北大学材料学院李逸兴、张雪峰课题组采用直流电弧等离子体制备技术，成功将一系列高熵合金纳米颗粒原位封装在石墨壳中，制得具有核@壳包覆结构的高熵合金@石墨纳米胶囊材料（HEA@C-NPs），并利用其独特的核@壳结构实现了对光热转换性能的优化提升。相关成果发表于《材料学报》（Acta Materialia）。研究将一系列具有不同3d过渡金属组元的高熵合金纳米颗粒原位封装于高缺陷密度石墨壳中，借助石墨包覆壳的光吸收性能及其高缺陷密度带来的热导率降低，进一步提升高熵合金纳米颗粒的光热转换性能，揭示HEA@C-NPs光热转换性能的优化机理，为高性能光热转换材料的制备和研究提供了新的理论和设计策略。

首次测定超高热导率半导体——砷化硼的载流子迁移率

国家纳米科学中心刘新风研究员团队联合休斯顿大学包吉明团队和任志锋团队在超高热导率半导体——立方砷化硼（c-BAs）单晶的载流子扩散动力学研究方面取得重要进展，为其在集成电路领域的应用提供重要基础数据指导和帮助。相关成果发表于《科学》（Science）。2018年，具有超高热导率的半导体c-BAs的成功制备引起了人们极大兴趣，c-BAs不仅具有高的热导率，由于其超弱的电声耦合系数和带间散射，理论预测c-BAs还同时具有非常高的电子迁移率和空穴迁移率，这在半导体材料系统中是非常罕见的。立方砷化硼高的载流子和热载流子迁移速率，以及其超高的热导率，表明其可以广泛应用在光电器件、电子元件中。