功能材料与器件

李志伸，罗鑫

2023, 17(3):367-380. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000301

[摘要](1751) [HTML](122) [PDF 4.31 M](915)

摘要:
金刚石因具有极高热导率、5.5 eV宽带隙、极高击穿电场、高固有载流子迁移率和低介电常数等优异性能，在高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件领域中成为有力的竞争者。然而，研究人员对金刚石半导体掺杂技术进行了几十年的探索和优化，却仍然无法满足当前电子器件的应用需求。最近，随着H终端金刚石表面二维空穴气的发现，研究重心逐渐转向优化H终端金刚石的导电特性及制备场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET)。综述了H终端金刚石研究的发展历程，从栅层材料选择、表面终端处理、金刚石掺杂和FET结构优化出发，归纳了提升表面终端金刚石FET器件性能的方法，并对表面终端金刚石FET的发展前景进行了总结和展望。

2 柔性力学传感器及其基于神经网络算法的应用

冯吉勇，黄炳方，何俊恺，黄俊铧，桂许春

2023, 17(3):381-393. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000302

[摘要](1594) [HTML](48) [PDF 5.71 M](465)

摘要:
柔性力学传感器作为可穿戴电子产品不可或缺的一部分，近年来受到了广泛关注，特别是在医疗健康、人机交互、电子皮肤和物联网等领域中的应用。为满足可穿戴设备的需求，柔性传感器在敏感材料、传感器结构设计和制备方法等方面进行了大量研究。同时，神经网络算法作为人工智能的分支，可以高效处理复杂数据，实现多传感器或多模态数据的分析处理，为柔性力学传感器在复杂环境中的应用提供了强大工具。综述了柔性应变和压力传感器及其基于神经网络算法的应用，详细讨论了应变传感器和压力传感器的传感机制和不同类型的传感器的具体应用，如压阻式、压容式、压电式和摩擦电式。神经网络算法显著提高了来自传感阵列以及复杂传感系统的大传感数据的处理效率，并且可以更好地显示感知信号与信息事件之间的关系。随着力学传感器和可穿戴设备的发展，传感器收集到的大量身体活动等生理信号数据集，可以有效训练神经网络算法，从而进一步增强可穿戴设备的性能。此外，还讨论了神经网络算法增强力学传感器在语音识别、手势识别、物体/材质识别和人机交互等方面的应用，并对基于神经网络算法的柔性力学传感器的发展进行了展望。

3 二氧化钒薄膜相变机理及性能调控策略

方源，黄继杰

2023, 17(3):394-411. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000303

[摘要](1457) [HTML](41) [PDF 4.34 M](1040)

摘要:
二氧化钒（VO₂）是一种典型的二元过渡金属氧化物（TMO）和强关联材料，其具有金属-绝缘体相变特性（MIT），在约68 ℃时可实现单斜绝缘相和稳定金红石金属相的可逆转变，相变温度相对接近室温，因此有很好的应用前景，从而受到了非常广泛地关注。自Rudolf Peierls首次提出晶格畸变导致相变的假说和Mott预测电子间关联是导致相变发生的关键原因以来，VO₂的相变机理一直是极具挑战性和争议性的研讨问题，也是更好理解VO₂相变特性和优化其性能、拓展其应用的关键内容。总结了长期以来人们对VO₂相变机理的理解，归纳了为提高VO₂薄膜的性能做出的尝试，讨论了近年来相关行业的实践应用以及面临的问题和挑战，最后对VO₂薄膜的发展前景的进行了展望。

4 低反射MXene基电磁屏蔽材料的研究进展

刘学斌，林志强，万艳君，胡友根，孙蓉

2023, 17(3):412-426. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000304

[摘要](1387) [HTML](62) [PDF 6.52 M](568)

摘要:
随着通信技术和移动电子设备的不断发展，电磁干扰问题变得日益严重，因此开发高性能的电磁屏蔽材料成为了重要的研究方向。二维过渡金属碳（氮）化物（MXenes）因具有导电性高、介电常数大等优点而被广泛应用于电磁屏蔽的研究。然而，高导电性表面会导致电磁波的反射，从而造成严重的电磁波二次污染，因此研究开发低反射的MXene基电磁屏蔽材料变得非常重要。对MXene的结构特点和制备方法进行了总结，详细阐述了低反射的Ti₃C₂T_x薄膜和气凝胶电磁屏蔽材料的研究进展，展望了MXene基电磁屏蔽材料的未来研究方向和发展趋势。

5 碳化硅功率器件技术发展综述

吴炜杰，张宇阳，王朝阳，黄湛为，张帮敏

2023, 17(3):427-439. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000305

[摘要](1757) [HTML](449) [PDF 2.93 M](2347)

摘要:
第三代半导体SiC因禁带宽、热导率高等优异性能得到广泛关注，SiC功率器件也成为学术界和工业界的研究热点。从SiC材料性质出发，归纳分析了SiC薄膜与SiC功率器件制备工艺，回顾了SiC MOSFET和IGBT器件的发展，讨论了SiC MOSFET和IGBT器件的结构设计优化和性能评估，最后指出SiC器件面临的挑战及发展趋势。

6 MoS₂/In₂Se₃异质结电子结构与光电性质研究

罗鑫，陈彦聪，李伟源，蒋彬，谢泓任

2023, 17(3):440-447. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000306

[摘要](1524) [HTML](74) [PDF 2.77 M](550)

摘要:
二维材料异质结可以利用各组份二维材料的优异物理性质，实现按需设计制备新型的功能器件。通过构建二维半导体材料MoS₂与二维铁电材料In₂Se₃的异质结，研究了铁电极化对异质结的能带结构、电荷转移、压电系数及光电响应的影响。结果发现：当极化方向沿着从MoS₂指向In₂Se₃方向时，异质结能量更低、结构更稳定、电荷转移更多、能带带隙也更小；相比于面内应变对异质结带隙产生的微弱影响，利用极化方向的翻转可有效地调控异质结的带隙，实现从Ⅰ型能带对齐到Ⅱ型能带对齐；针对最稳定的异质结结构，发现压电系数e₃₁相比于单层In₂Se₃提升了24倍。通过实验采用干法转移制备出MoS₂/In₂Se₃异质结，利用拉曼光谱与光致发光光谱对其光电特性进行表征，发现异质结区保留着各自组份材料的拉曼特征峰与激子峰信号，相比于单独的In₂Se₃，异质结对In₂Se₃激子峰具有荧光增强效应。

7 在异质外延β-Ga₂O₃单晶薄膜上实现快速响应日盲光电探测器

汤梓荧，朱海

2023, 17(3):448-454. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2023.000307

[摘要](1423) [HTML](22) [PDF 2.79 M](319)

摘要:
通过等离子体辅助分子束外延（PA-MBE），在双抛蓝宝石衬底上生长出两英寸的高质量β-Ga₂O₃单晶薄膜。利用光刻技术和电子束蒸镀金叉指电极，在薄膜上成功地制备了金属-半导体-金属结构（M-S-M）型日盲光电探测器。结果表明：日盲光电探测器的暗电流低至130 pA（20 V），对紫外波段的光响应度达到229 mA?W^-1；此外，器件对光信号表现出超快的瞬态特性，衰减时间为1.31 ms，器件的优异性能可归因于β-Ga₂O₃的高结晶质量和肖特基结的巨大场迁移率。该研究为未来基于更大规模的β-Ga₂0₃异质外延薄膜的深紫外（DUV）光电探测器的应用迈出了重要一步。