《科学通报》2023年5月中旬刊（含“后摩尔时代第三代半导体材料与器件专题”）｜文章速递

封面简介：第三代半导体材料与器件是指使用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新型半导体材料制造的新型器件. 这些新型器件具有更低的功耗、更快的速度、更高的集成度和更小的体积, 可以满足后摩尔时代的高性能和高效率的要求. 后摩尔时代第三代半导体材料与器件的研究将推动半导体行业的发展, 实现更高效、更可靠的关键电子元器件与产品. 封面图片展示了第三代半导体材料与器件满足后摩尔时代“顶天立地”需求的愿景: “顶天”是星辰大海与洲际交通, “立地”是低碳交通和清洁能源. 详见本期专题.

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亮点述评

次季节尺度上的“暖北极-冷欧亚”模态

黄建平, 谢永坤

悦读科学

植物RNA聚合酶V的染色质滞留机制

杜璇, 杜嘉木

后摩尔时代第三代半导体材料与器件专题

编者按

后摩尔时代第三代半导体材料与器件：应用与进展

李京波, 夏建白

进展

垂直氮化镓功率晶体管及其集成电路的发展状况

李博, 尹越, 阳志超, 刘新科, 李京波

第三代半导体氮化镓拥有宽禁带、高击穿场强、高热导率和高电子漂移速率等优点. 近年来, 氮化镓功率晶体管的发展较快，不断往高耐压、低导通电阻方向进步. 随着设备对器件要求的提高, 氮化镓功率器件在市场上渐渐起色, 尤其应用在中压、低压范围内. 本文对近年来氮化镓功率晶体管的发展进行了综述, 并对未来氮化镓功率晶体管的发展趋势进行了展望.

氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

韩根全, 王轶博, 徐文慧, 巩贺贺, 游天桂, 郝景刚, 欧欣, 叶建东, 张荣, 郝跃

超宽禁带氧化镓(Ga2O3)具有高击穿场强和大尺寸单晶衬底等优势, 在功率和射频方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景. 本文综述了合作团队利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga2O3异质集成晶体管以及基于p-NiO/n-Ga2O3异质结的Ga2O3功率二极管和超结晶体管的研究进展. 异质集成和异质结技术可以有效地克服Ga2O3自身极低热导性和缺少p型的关键难点问题, 助力高效能、高功率和商业可扩展的Ga2O3微电子系统的实现, 推动其实用化进程.

宽禁带半导体掺杂机制研究进展

邓惠雄, 魏苏淮, 李树深

近年来, 作为新一代战略电子材料, 宽禁带半导体的技术应用取得了飞速发展. 宽禁带半导体中的掺杂与缺陷调控是实现其重要应用的关键科学基础. 本文回顾了近期围绕碳化物、氧化物、氮化物宽禁带半导体中掺杂与缺陷机理及性能调控所开展的研究工作, 以加深我们对宽禁带半导体掺杂与缺陷物理特性的理解.

评述

GaN基材料的低温外延技术

余佳东, 罗毅, 汪莱, 王健, 郝智彪, 孙长征, 韩彦军, 熊兵, 李洪涛

GaN基半导体材料由于其优异的光电特性, 已经被广泛应用于各类(光)电子器件的制备. 其低温外延技术可以突破目前衬底选择的限制, 有助于下一代低成本和柔性化器件的开发. 本文对各类低温外延技术进行了梳理, 并针对目前存在的问题进行了展望.

4H-SiC MOSFET栅氧界面性能提升工艺

吴望龙, 王小周, 李京波

介绍了4H-SiC MOSFET栅氧界面缺陷的分布及影响其栅氧界面性能的主要参数, 以改善沟道载流子迁移率、阈值电压稳定性、栅氧化层可靠性等问题为中心进行讨论, 从退火、高k介质层的使用、栅氧化物掺杂、沟槽型MOSFET沟槽深宽优化四个方面, 综述了提升4H-SiC MOSFET栅氧界面性能的制备工艺.

评述

生命科学

基于表面增强拉曼光谱技术的肿瘤标志物检测进展

黄笑天, 李斌, 莫天录, 刘箐, 于影, 吴娅芳, 王英林, 姜嘉烨

肿瘤标志物检测是肿瘤早期筛查的有效手段. 表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术显著增强分子光谱信号, 提高检测灵敏度和准确度, 成为了肿瘤标志物检测技术研究的热点. 本文以组织检测和液体活检为分类, 综述了近5年基于SERS的肿瘤标志物检测研究进展, 并提出了通过样品处理、基底改进和探针制备等方式, 提升标志物检测灵敏度、特异性的思路. 同时, 本文对SERS技术在临床应用中面临的挑战和发展进行了分析与展望, 以期开发出更具潜力的检测技术.

植物NIP水通道蛋白的结构、功能和调控研究进展

陈瑶, 尤垂淮, 陈燕玲, 孙婷婷, 赵振南, 黄廷辰, 阙友雄, 苏亚春

类NOD26膜内在蛋白(nodulin 26-like intrinsic proteins, NIPs)是水通道蛋白(aquaporin protein, AQP)家族的亚家族之一, 在维持植物的水分平衡、渗透压及抵御逆境胁迫等方面发挥重要作用. 本文概述了植物NIP家族的起源与进化、结构与分类、生物学功能, 并探讨其在植物生长发育和逆境响应中介导的转录调控和蛋白质修饰等机制, 为作物遗传改良提供有益的基因资源和科学的理论依据.

地球与环境科学

西北地区气候暖湿化的研究进展与展望

张强, 杨金虎, 王朋岭, 于海鹏, 岳平, 刘晓云, 林婧婧, 段欣妤, 朱飙, 闫昕旸

本文归纳已有的西北气候变化研究成果, 综合考虑不同视角和维度, 划分了西北地区增暖与干湿变化科学认识的六个阶段, 概括了暖湿化的驱动机制, 同时评估了暖湿化的影响. 对未来暖湿化的风险进行了预估, 并针对当前研究中存在的不足提出未来重点研究的科学问题.

材料科学与工程

二维过渡金属二硫化物的能带调控

吕倩, 马翰原, 吕瑞涛

单层过渡金属二硫化物受激产生的电子-空穴对(即激子)具有大的结合能和强的光-物质相互作用, 不同能带结构中激子的动力学行为会显著影响材料的电学性能和光学响应. 因此, 能带调控是调变材料光学激发、电子/声子输运等物理学特性的重要基础. 本文综述了能带结构的不同调控策略, 以期为相关高性能器件设计提供新的思路.

论文

地球与环境科学

压实黄土场地湿陷沉降机理与黄土高原平山造城适宜性

祁生文, 侯晓坤, 于永堂, 张亚国, 胡燮, 张琳鑫, 李志清, 郭松峰, 张帆宇, 李同录, 彭建兵

平山造城工程为缓解黄土高原建设用地紧张局面应运而生, 同时带来了诸多悬而未决的科学问题. 本文开展了原位监测、室内外试验、数值模拟分析等工作, 回答了压实黄土场地水分迁移和湿陷沉降变形机理, 拓展了非饱和土力学渗透理论, 论证了场地地基的整体稳定性和局部破坏的工程可控性, 探讨了黄土高原平山造城工程适宜性原则.