删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

“纳米画笔”勾勒未来光电子器件

本站小编 Free考研考试/2022-02-14

如今人们的生活节奏在加快,对电子设备的要求也越来越高。各种新款电子设备都在变着法子表明自己功能更强大、体型更轻薄。然而,电子设备的功能越丰富、性能越强大,意味着这些设备单位体积中容纳的电子元件数目越多;体型越小意味着这些电子元件功能单元的体积越来越小。 就像我们每天都使用的手机,它的中央处理器(CPU)中包含了数十亿个晶体管单元;手机相机成像芯片可以达到几千万甚至上亿像素,里面的感光灵敏元达到了上亿数目;手机的存储容量也已达到几百GB,甚至TB,同样包含了数亿计的存储功能单元。  可预期的未来,需要在更小的面积集成更多的电子元件。针对这种需求,厚度仅有0.3至几纳米(头发丝直径几万分之一)的低维材料应运而生。这类材料可以比作超薄的纸张,只是比纸薄很多,可以用于制备纳米级别厚度的电子器件。从材料到器件,现有的制备工艺需要经过十分繁琐复杂的工艺过程,这对快速筛选适合用于制备电子器件的低维材料极为不利。

  图1、各类电子和光电子器件(图片来源于网络)
  近日,中科院上海技术物理研究所科研人员研发出了一种简单的制备低维半导体器件的方法——用“纳米画笔”勾勒未来光电子器件。由于二维材料如同薄薄的一张纸,它的性质很容易受到环境影响。利用这一特性,研究人员在二维材料表面覆盖一层铁电薄膜,使用纳米探针施加电压在铁电材料表面扫描,通过改变对应位置铁电材料的性质来实现对二维材料性质的精准操控。当设计好器件功能后,科研人员只需发挥想象,使用纳米探针“画笔”在铁电薄膜“画布”上画出各种各样的电子器件图案,利用铁电薄膜对低维半导体材料物理性质的影响,就能制成所需的器件。
  实际实验操作中,“画笔”是原子力显微镜的纳米探针,它的作用就相当于传统晶体管的栅电极,可以用来加正电压或负电压。但不同于传统栅电极,原子力显微镜的针尖是可以任意移动的,如同一支“行走的画笔”,在水平空间上可以精确“画出”纳米尺度的器件。在这个过程中,研究人员通过控制加在针尖上电压的正负性,就能轻易构建各种电子和光子器件,比如存储器、光探测器、光伏电池等等。

  图2、纳米探针“画笔”在铁电材料“画布”上“画出”电子器件
  下图是一张用探针针尖写出来的心形图案,充分体现了图形编辑的任意性。而且,一个器件在写好之后,用针尖重新加不同的电压进行扫描,还能写成新的功能器件,就像在纸上写字然后用橡皮擦干净再重新写上一样,即同一个器件可以反复利用、实现不同功能。就像一个机器人,刷新一下控制程序,就能做不同的事情。

  图3、利用探针“画”出的“心形”器件  
  研究人员还进一步将这种探针扫描技术应用于准非易失性存储器。准非易失性存储器是指同时满足写入数据速度较快,保存数据的时间较长的一类存储器。发展这类存储技术很有意义,比如它可以在我们关闭计算机或者突然性、意外性关闭计算机的时候延长数据的保存时间。
  此外,这种器件制备技术还可用于设计“电写入,光读出”的存储器,我们日常使用的光盘就是典型的“光读出”的存储媒介。由于低维半导体载流子类型在针尖扫描电场作用下会发生改变,这导致其发光强度也会出现明显变化。因此结合扫描图形任意编辑的特点,科研人员就可以设计出周期性变化的阵列。
  这些阵列图形的每个区域都经过针尖去控制它的载流子类型,进而控制低维材料的发光强度,然后通过一个相机拍照就能直接获取一张荧光强度照片。每一个存储单元的信息都在这张照片里“一目了然”,暗的单元可以用来代表存储态中的“0”,亮的单元可以用来表示“1”,类似于一种新型存储“光盘”。
  科研人员可以简单直接地通过拍荧光照片的方式同时获取每个存储单元的信息。运用该技术,若用电压读出的方式,理论上的存储密度可以达到几个T-Byte/in2

  图4“电写入,光读出”的存储原理及效果   
  本研究由中国科学院上海技术物理研究所与复旦大学、华东师范大学、南京大学,中国科学院微电子研究所等多个课题组合作完成。研究成果已于2020年1月24日,发表于《自然-电子学》,文章标题“Programmable transition metal dichalcogenide homojunctions controlled by nonvolatile ferroelectric domains”。



附件下载:



相关话题/材料 纳米 电压 技术 数据

  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效,10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材,产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频,无论您是考研复习、考证刷题,还是考前冲刺等,不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 上海技物所作为牵头完成单位荣获国家技术发明一等奖1项
    1月10日上午,2019年度国家科学技术奖励大会在北京隆重举行。习近平、李克强、王沪宁、韩正等党和国家领导人出席大会并为获奖代表颁奖。上海技物所作为牵头完成单位获国家技术发明一等奖1项。  国家技术发明奖授予运用科学技术知识做出产品、工艺、材料及其系统等重大技术发明的中国公民。产品包括各种仪器、设备 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 微重力技术实验卫星成功发射 技物所2台太阳敏感器工作正常
    2019年8月31日7时41分,我国在酒泉卫星发射中心用快舟一号甲运载火箭,成功将微重力技术实验卫星发射升空,现卫星已顺利进入预定轨道。该卫星作为中国科学院战略性先导科技专项首发星,将验证微重力条件下超高精度控制和测量等技术。  星箭分离后,上海技物所承担研制的两台太阳敏感器已成功开机。现阶段太阳敏 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • “红外探测关键技术研究集体”荣获2018年度中国科学院杰出科技成就奖
    根据《中国科学院关于授予2018年度中国科学院杰出科技成就奖的决定》,上海技物所“红外探测关键技术研究集体”荣获2018年度中国科学院杰出科技成就奖,这是研究所第5次荣获中科院杰出科技成就奖。  中国科学院杰出科技成就奖于2002年设立,该奖项突出科技创新的原创性、突破性和实际贡献,授予院属单位在近 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 通信技术试验卫星三号卫星成功发射 技物所2台姿轨控单机工作正常
    2018年12月25日00时53分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功将通信技术试验卫星三号发射升空,现卫星已经顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。  星箭分离后,上海技物所承担研制的2台面阵红外地球敏感器现已成功开机,并顺利完成了卫星入轨阶段的捕获任务。卫星三轴姿态稳定,遥测数据表 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 福星技术验证星成功发射 技物所5台姿轨控单机工作正常
    2018年12月22日7时51分,我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,成功将虹云工程首发星——福星技术验证星发射升空,现卫星已顺利进入预定轨道。该卫星作为“一带一路”虹云工程首发星,将实现单星的关键技术验证,为我国低轨宽带互联网接入系统奠定基础。   星箭分离后,上海技物所承担研制的四台太阳 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海技物所在室温纳米线单光子探测器研究中取得进展
    近日,中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室胡伟达、陈效双、陆卫课题组在室温纳米线单光子探测器研究中取得进展。该实验室相关研究人员利用纳米线内禀的Photogating效应首次在单根纳米线上实现室温下单个光子的探测。相关成果以“Room-TemperatureSingle-PhotonD ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 《核技术》影响力指数创新高
    近日,中国知网(CNKI)发布了“2020年中国学术期刊影响因子年报”(2021版)。由中国科学院上海应用物理研究所与中国核学会共同主办、上海市核学会协办的学术期刊《核技术》的影响力指数在“核科学与技术”类期刊中排名首次荣登榜首,被引频次和期刊影响因子均创新高,影响因子继续保持“技术研究类”期刊排名 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 粒子束技术研发与装备制造基地工程开工建设
    2021年10月16日,上海应用物理研究所投资参股公司上海艾普强粒子设备有限公司在上海嘉定区工业园区举行了“粒子束技术研发与装备制造基地”的开工仪式。该基地集“产、学、研”于一体,将在上海嘉定倾力打造国内领先、国际一流的粒子束技术研发和产业化中心。上海应物所原所长、上海日环科技投资有限公司董事长兼总 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海光源成功制备出超精密纳米光栅并获批国家一级标准物质
    近日,国家市场监督管理总局正式发文批准了同济大学、中国科学院上海应用物理研究所(上海光源团队)和中国计量科学研究院联合研制的超精密纳米光栅成为国家一级标准物质。具体名称为:一维硅纳米光栅标准物质,光栅间距106.4nm±0.7nm(k=2),编号GBW13983。上述标准物质填补了我国300nm尺度 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 《辐射研究与辐射工艺学报》被Scopus数据库收录
    近日,上海应用物理研究所《辐射研究与辐射工艺学报》编辑部收到国际出版商爱斯维尔(Elsevier)通知:经过独立国际团队Scopus内容遴选与审查委员会(ContentSelection&AdvisoryBoard,CSAB)的严格评估,《辐射研究与辐射工艺学报》将于2021年被Scopus正式收录 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14