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天津大学一团队利用光电掺杂,科思创开发配备

时间:2020-01-10 06:48来源:工程材料
5月7日,记者了解到,康宁公司,全球领先的高折射率镜片玻璃供应商今日宣布开发出了面向增强现实设备制造商的300mm直径高折射率玻璃晶圆,这是目前市场上尺寸最大的高折射率玻璃

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5月7日,记者了解到,康宁公司,全球领先的高折射率镜片玻璃供应商今日宣布开发出了面向增强现实设备制造商的300mm直径高折射率玻璃晶圆,这是目前市场上尺寸最大的高折射率玻璃晶圆。同半导体行业规律,大尺寸玻璃晶圆有望降低客户的制造成本。

5月7日,记者了解到,科思创在笔记本电脑和其他电子设备用锂电池方面拥有多年的经验,并为此开发了各种聚碳酸酯混合物。由于其良好的性能,该材料也非常适合制造电动汽车电池的模块、外壳部件、电池座和碰撞吸收器。它们重量轻、坚固耐用、尺寸稳定,并且根据要求,还配备了阻燃剂。

5月7日,记者了解到,中南大学周江、雷永鹏、梁叔全等教授在ACS Nano上发表了题为“Metal Organic Framework-Templated Synthesis of Bimetallic Selenides with Rich Phase Boundaries for Sodium-Ion Storage and Oxygen Evolution Reaction”的最新研究成果。

5月7日,记者了解到,天津大学胡晓东、刘晶团队提出了一种光电掺杂方法:该掺杂方法利用紫外光照和局部电场联合作用,实现了对二维纳米材料的可控性掺杂:(1)可以形成单极性的n型器件和p型器件,且掺杂后的p型和n型器件具有高的载流子迁移率和载流子密度;(2)掺杂可逆,掺杂速度超快,掺杂周期在100ms以内;(3)掺杂是非易失的,掺杂后的器件可在空气环境下稳定工作,且没有任何迟滞现象;(4)该光电掺杂工艺与传统的CMOS工艺兼容,即利用传统的紫外光刻工艺,就可以实现二维纳米材料的空间选择性p型和n型掺杂,实现同质pn结,并应用于光电探测器和光伏器件。

康宁超平、高折射率的玻璃晶圆有哪些优势?

气候和资源保护等趋势,以及移动出行的需求增长,正在推动包括电动汽车在内的替代驱动技术的发展。未来移动出行概念的核心是一个强大的锂电池。它将是动力系统的一部分,但也应能实现新形势的连接和自动驾驶。

该文章报道了一种新型的具有异质结构的双金属硒化物CoSe2/ZnSe。作者采取同步辐射表征和密度泛函理论计算分析表明,双金属硒化物的相界处存在界面电荷的重新分布,表现为在界面的位置上电子从CoSe2转移到ZnSe上。由于双金属硒化物的协同效应,该复合材料表现出了优异的储钠性能。钠离子吸附能计算证明了ZnSe一侧相界中的电子密度更高,更有利于钠离子的吸附,加快了反应动力学。此外,原位XRD和非原位TEM证明了CoZn-Se存在多步氧化还原反应,这有效地缓解了钠离子嵌入时产生的应力,因此提高了电极材料在脱嵌钠离子过程中的可逆性。此外,作者还将该材料用于氧析出反应研究,也获得了很好的性能。方国赵博士、王启晨博士为论文的第一作者;周江特聘教授、雷永鹏特聘教授、梁叔全教授为论文的共同通讯作者

相比于硅基器件,基于二维纳米材料的半导体器件尺寸更小,并展现了更加丰富、优异的电学特性。如果基于二维材料的半导体器件可以取代硅基器件,将大幅度提升芯片集成度,延续摩尔定律,迎来一场巨大的芯片革命。目前,越来越多的材料物理学家,致力于二维材料晶圆级生长,并取得了非常大的成功。然而,芯片革命成功的关键因素在于实现二维材料可控性的掺杂,形成稳定的p型和n型二维纳米半导体材料。

康宁超平、高折射率的玻璃晶圆可用于制造AR可穿戴设备的核心光学元件光波导。大尺寸晶圆能够:

在斯图加特电池展的369号展台上,该公司将展示其目前开发的热塑性材料,使用高效聚氨酯拉挤工艺制造的电池组件,以提供良好的冲击保护。

设计具有特殊物理或化学特性的功能材料可以极大地提高它们的电化学性能,以满足未来的能源相关装置的要求。其中,两相双金属化合物由于具有协同效应,可以有效地提高材料的电化学性能。研究表明,相对于单相金属化合物,这些化合物具有更高的电导率和更加丰富的氧化还原反应位点。同时,在许多的研究中也发现,构筑两相异质结构可以引入相界面。这种相界面处往往存在晶格缺陷、异质电子态等,使得材料具有高的电化学活性。然而,由于其结构的复杂性,关于相界面效应的认知还相对较少。

据了解,2004年,单层碳原子即石墨烯被成功从石墨中分离并在显微镜下观察到,开启了纳米科学、纳米材料和纳米技术的新篇章。以石墨烯为代表的二维材料也成为当今基础科学与先进技术研究的热点。然而,尽管电子在石墨烯中的迁移率非常高,但是零能量带隙的特性导致石墨烯无法直接应用于基于半导体的电子与光电器件中。过渡金属硫族化合物如MoS2, WS2, MoSe2 和WSe2等与石墨相同,具有层内强共价键及层间弱范德瓦尔斯力结合在一起的结构,同时拥有近红外和可见光区的本征能量带隙,尤为重要的是这些过渡金属硫族化合物在厚度减薄为单层时呈现出直接能量带隙。这类具有一定带隙的二维材料作为新型的二维层状半导体材料吸引了研究人员的广泛关注,被认为是实现新型二维电子尤其是光电器件最理想的材料体系。其中尤以二硫化钨最为引人瞩目,因其具有较高的发光效率,强自旋-轨道耦合和较大的激子束缚能以及2 eV的能隙。由强烈的自旋-轨道、自旋-谷间耦合导致的谷间反差是二维过渡金属硫族化合物的又一特质,成为拓展二维光电器件新性能的物理基础。此外,二维半导体材料同时具有类薄膜的宏观维度和二维体系量子限域的微观维度,使其既具备与成熟的半导体工艺的高度适配性又不失量子效应所带来的新性能。这些二维材料还具有很好的拉伸性和柔韧性,通常比体材料能承受更大的应变而不损伤,在新兴的柔性微纳技术行业也引起极大兴趣。二维半导体材料已经展现出很多,而且必将呈现更广泛的应用,尤其在基于该材料的新型微电子及光电子器件领域,同时带来巨大的、诱人的市场前景。

提高材料和设备的利用率

高效批量生产

在此,我们报告了一种双金属硒异质结构及其优异的电化学性能背后的基本机理。实验和理论验证了电荷在cose2/znse相位边界上的重新分布。由于具有丰富的相位边界,cose2/znse对钠离子电池的吸附能低,扩散动力学快,对氧演化反应的活性高。如预期的那样,出色的钠储存能力,特别是为Na3v2(po 4)3cozn-se全电池提供高达800周期的极好循环稳定性,并得到了小过电位320mv达到10macm-2的高效水氧化反应。研究表明,相边界对提高双金属化合物在各个领域的性能具有重要意义。

目前应用于二维纳米半导体材料的掺杂手段主要分为以下三个方面:

帮助客户降低成本

“我们目前的活动重点是开发高效大规模生产电池用复杂塑料部件的工艺,” 科思创电动汽车专家Julian Marschweski博士解释道。“为了在电池内部容纳尽可能多的电池,我们的阻燃聚碳酸酯混合物必须加工成特别薄的部件。”

图一、材料表征

(1)双栅极场效应管:其器件极性通过单独的栅极结构施加电压来控制,然而该掺杂方法具有易失性,断电后,器件极性不能保持。(2)表面修饰:在二维材料表明修饰化学分子或是沉积原子层,二维材料与修饰层发生电荷交换,实现二维材料极性控制。然而,该掺杂方法会在二维材料表面引入大量的化学杂质,导致器件迟滞现象严重,严重影响器件的电学特性。(3)不同功函数金属接触,实现器件极性控制:低功函数金属(例如Cr/Au)做接触,实现n型器件;高功函数金属(Pd/Au)做接触,使器件极性为p型。然而,高功函数金属价格昂贵,使器件制备成本增高。此外,以上三种掺杂手段,工艺复杂,均不能与标准的CMOS工艺兼容。

提高AR可穿戴设备在消费类应用产品中的性价比。

科思创与粘合剂制造商汉高目前的合作涉及借助紫外线活化的Loctite®粘合剂,将高压电池中的塑料部件永久粘合在一起。合作伙伴正在对由阻燃PC ABS混合BayBlend®FR3040 EV制成的注塑件进行测试。厚度仅为一毫米时,该注塑件已达到Underwriters Laboratories的UL94可燃性等级的V-0类,且在380纳米以上的波长范围内对紫外线辐射具有良好的渗透性。

CoZn-Se, ZnSe和CoSe2的XRD图谱;

图1:可逆性掺杂,实现高性能单极性p型和n型器件

康宁精密玻璃解决方案总经理David Velasquez表示:“康宁一直为半导体行业提供300mm的晶圆。如今,我们非常自豪能够为AR客户提供相同尺寸的产品,这是目前市场上规格最大的高射折率玻璃晶圆。我们在玻璃制造技术上的这一进步可帮助客户以更低的价位打造优质的沉浸式AR体验,从而拓宽AR技术的应用范围。”

一种可能的应用场景是圆柱形电池与周围电池座的永久性连接。Loctite®粘合剂作为单组分体系进行处理,并在不到15秒的时间内在紫外线下硬化。因此,紫外线可渗透塑料和快速固化粘合剂的组合使得电池模块和电池组的大规模生产所需的循环时间短。

元素线扫描;

图2:超快掺杂,掺杂周期ms级

适用于AR设备的玻璃晶圆

最大冲击保护

CoZn-Se的HRTEM图像;

图3:空气环境下单极性p型和n型器件的稳定性

迄今为止,康宁已售出几十万件高折射率玻璃晶圆,而本批高精密度300mm高折射率晶圆将率先供货给一级消费设备制造商。根据计划,康宁于年内将逐步扩大新型300 mm直径晶圆的产量。

如果发生碰撞,锂电池必须满足特殊的安全要求。科思创开发了一种采用不同材料的完整概念,以便在这种情况下为电池模块提供最大的保护。电池盒的底部通过型材来获得稳定性,型材由连续玻璃纤维或碳纤维和Baydur®PUL的硬质塑料基材。

元素分布图像;

图4:空气环境下单极性p型和n型器件的零迟滞性

5月14日至16日,康宁将参展由国际信息显示学会在加州圣何塞举办的显示周活动,并展示其高折射率玻璃系列产品。除玻璃晶圆以外,康宁还将展示下列产品:

如标准工业侧面碰撞保护测试中所记录的,这些型材在纵向上最强,并使电池模块安全地保持其形状。同时,组件可以高效、经济地制造,并且可以很容易地与其他材料结合。

Co K-edge XANES 图谱;

图5:利用该掺杂方法形成同质结,应用于光电探测器和光伏器件

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