2013美國材料研究協(xié)會秋季會議

2013年12月1 ～6日，“2013年度美國材料研究協(xié)會秋季會議”于美國馬薩諸塞州波士頓市隆重舉行。美國材料研究協(xié)會是全球范圍內(nèi)材料學(xué)領(lǐng)域極有影響力的重要盛會，旨在為學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及政府的科研工作人員提供一個跨學(xué)科的交流平臺，促進(jìn)材料研究的發(fā)展，以提高人類的生活品質(zhì)。

美國材料研究協(xié)會始建于1973年，目前已經(jīng)擁有來自70多個國家和地區(qū)的超過16 000名注冊會員，并且仍在不斷增長。本次會議共設(shè)置了51個專題討論會，超過5 700個學(xué)術(shù)報告，內(nèi)容涵蓋石墨烯及其他二維材料的生長、性能以及應(yīng)用，納米線和納米管，界面表征與再生能源，復(fù)雜半導(dǎo)體材料及器件，先進(jìn)核技術(shù)材料，仿生結(jié)構(gòu)材料工程和應(yīng)用等多個不同的材料學(xué)研究領(lǐng)域，體現(xiàn)了其多學(xué)科交叉式交流的特點(diǎn)。

以彈性應(yīng)變工程為主題研討會首次亮相美國材料研究協(xié)會年度會議

在本次大會上，由美國麻省理工學(xué)院李巨教授、美國約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授、西安交通大學(xué)單智偉教授和美國海思創(chuàng)公司奧登·沃倫(Oden Warren)博士組織的以彈性應(yīng)變工程(Elastic Strain Engineering)為主題的研討會首次亮相美國材料研究協(xié)會年度會議，便引起廣泛關(guān)注。由于材料“越小越強(qiáng)”的特性，納米線、納米管、納米顆粒、薄膜等納米結(jié)構(gòu)的材料能夠承受遠(yuǎn)高于塊體材料的應(yīng)力而不發(fā)生塑性形變或斷裂，這使得通過連續(xù)控制材料在6個維度上的彈性應(yīng)變來調(diào)控材料的物理化學(xué)性能成為了可能，大大擴(kuò)展了材料性能優(yōu)化的調(diào)節(jié)空間。彈性應(yīng)變工程研討會將彈性應(yīng)變的理論研究和實際應(yīng)用相結(jié)合，討論了包括應(yīng)變硅、一維納米功能材料、二維功能氧化物薄膜、二維原子層(石墨烯、二硫化鉬等)在內(nèi)的不同種類、維度的材料體系，通過不同的方式施加彈性變形，實現(xiàn)對材料的結(jié)構(gòu)以及電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、催化等物理化學(xué)性質(zhì)的可控調(diào)節(jié)。這次研討會使研究不同領(lǐng)域材料彈性應(yīng)變的科研工作者們匯聚一堂，進(jìn)行了深入交流和探討，為今后該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路。研討會期間，IBM公司Devendra K.Sadana博士、佐治亞理工學(xué)院的王中林院士、哥倫比亞大學(xué)James Hone教授、康奈爾大學(xué)Darrell G.Schlom教授等多名國際知名材料學(xué)家分別作了精彩報告。

Devendra K Sadana博士

IBM公司Devendra K Sadana博士在題為“應(yīng)變硅工程的過去、現(xiàn)在和未來”(The Past，Present and Future of Strained Silicon Technology)的報告中，回顧了應(yīng)變硅工程的歷史，并介紹了多種已經(jīng)應(yīng)用或者具有應(yīng)用前景的對硅施加應(yīng)變的方法。盡管人們很早就認(rèn)識到應(yīng)變能夠改變半導(dǎo)體中載流子的移動能力，但直到20世紀(jì)90年代應(yīng)變硅技術(shù)才被應(yīng)用在半導(dǎo)體行業(yè)。而如今利用硅鍺合金作虛擬襯底，對硅施加二維應(yīng)變的應(yīng)變硅技術(shù)大大提高CMOS了性能，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，創(chuàng)造了數(shù)以億計的財富價值。目前隨著工藝應(yīng)變技術(shù)的出現(xiàn)，人們得以對硅施加單軸應(yīng)變并進(jìn)一步提高了載流子的移動能力。但是隨著器件微型化的趨勢，應(yīng)變硅的尺寸已經(jīng)由90 nm減少到了22 nm甚至更小。這使得無論是單軸還是雙軸的局部應(yīng)力的施加以及保持變得越來越困難。面對這種挑戰(zhàn)，近期研究表明采用與工藝應(yīng)變不同的wafer－level應(yīng)變技術(shù)有望在極小的尺寸下引入雙軸和單軸混合應(yīng)變，從而解決這一難題。在報告的最后，薩達(dá)納博士指出，器件的三維化是應(yīng)變硅技術(shù)的發(fā)展趨勢，而人們對于如何在三維器件中有效的施加應(yīng)變的認(rèn)識還非常有限，因此還需要在這方面進(jìn)行大量的研究工作。

王中林院士

佐治亞理工學(xué)院的王中林院士作了“納米壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)”(Piezotronics and Piezo-Phototronics)的報告。報告中指出隨著集成電路的集成度越來越高，晶體管的尺寸越來越小，特別是當(dāng)器件中最小線寬趨于10 nm時，將會出現(xiàn)一系列由量子效應(yīng)引起的新的效應(yīng)。另外從工藝上講，器件線寬越小，大規(guī)模工業(yè)化市場的成本將大幅增加。因此終究有一天摩爾定律會遇到瓶頸甚至失效。王中林院士提出以多樣性和多功能性超越摩爾定律和人機(jī)交互界面的觀點(diǎn)，提出的納米壓電電子學(xué)和納米壓電光電子學(xué)是很好的一個突破口。隨后王中林院士詳細(xì)的講解了壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)的物理基礎(chǔ):壓電勢。壓電效應(yīng)是物質(zhì)在應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變時出現(xiàn)的一種內(nèi)部電勢的現(xiàn)象。壓電勢作為柵極電壓調(diào)控的電子器件顯示了一種制備由應(yīng)變、應(yīng)力或壓強(qiáng)驅(qū)動和控制的電子器件、傳感器和邏輯電路的新方法。壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)正是基于壓電效應(yīng)、光激發(fā)和半導(dǎo)體特性的三相耦合而產(chǎn)生的新效應(yīng)。報告隨后詳細(xì)的介紹了基于納米壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)制造的納米器件:壓電電子學(xué)晶體管、壓電電子學(xué)邏輯電路及運(yùn)算操作、壓電電子學(xué)機(jī)電存儲器以及壓電光電子學(xué)在光電池、光電探測器、發(fā)光二極管、電化學(xué)過程以及能源存儲中的應(yīng)用。最后王中林院士還指出了一些其他的可能具有壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)效應(yīng)的材料，為其他研究小組在該方向的研究提供指導(dǎo)。

James Hone教授

來自哥倫比亞大學(xué)James Hone教授作了題為“純凈以及有缺陷的二維材料的力學(xué)行為”(Mechanics of Pristine and Defective 2D Materials)的報告。石墨烯、二硫化鉬、氮化硼等二維材料從一出現(xiàn)，就因為它們令人無法想象的力學(xué)光學(xué)等性能而備受人們的關(guān)注。在這個報告里詹姆斯霍恩教授以典型的二維材料——石墨烯為例，介紹了石墨烯的彈性變形行為(Elastic Properties)以及本征的破壞強(qiáng)度(Breaking Strength)，報告中提到實驗過程是首先在二氧化硅薄膜上刻蝕直徑約1 μm的小孔的陣列，然后將石墨烯沉積在二氧化硅薄膜上，最后利用原子力顯微鏡的探針壓縮小孔處的石墨烯，以測試石墨烯的彈性形變以及斷裂強(qiáng)度等力學(xué)性能。由于實驗過程中石墨烯并非均勻形變，所以不能簡單直觀的得到石墨烯的彈性形變以及斷裂強(qiáng)度，而是需要利用非線性彈性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)對其進(jìn)行分析。實驗結(jié)果表明石墨烯的彈性變形可以達(dá)到25%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通材料，而它的楊氏模量更是高達(dá)1 TPa，是所有已知材料中強(qiáng)度最高的材料，其強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。他將石墨烯的超高強(qiáng)度形象地比喻成，一只大象站在一只鉛筆上所造成的壓強(qiáng)，也不能把單層的石墨烯戳破?；舳鹘淌谕瑫r指出這種實驗和分析方法可以應(yīng)用于其他二維材料的力學(xué)性能的研究中。

Darrell G.Schlom教授

康奈爾大學(xué)Darrell G.Schlom教授作了題為“提高氧化物的性質(zhì)－現(xiàn)代煉金術(shù)士的方法”(Enhancing Oxide Properties-the Approach of the Modern Alchemist)。在室溫附近由鐵磁性轉(zhuǎn)化為順磁性的材料體系具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)鐵電轉(zhuǎn)變溫度(Tc)的方法是通過化學(xué)取代的方法，但是該方法容易在材料體系內(nèi)部引入更多的混亂度及局部晶格扭轉(zhuǎn)。近年來，一些研究小組已經(jīng)證明通過彈性應(yīng)變也可以有效地調(diào)控Tc。報告介紹了使用分子束外延生長技術(shù)，將鈦酸鍶薄膜生長在晶格失配的下層基底上，通過晶格錯配在該薄膜中引入了遠(yuǎn)超于塊體材料斷裂極限的彈性應(yīng)變，導(dǎo)致其鐵電轉(zhuǎn)變溫度增加了上百攝氏度，從而使鈦酸鍶在室溫下保持為鐵電體相。由應(yīng)力導(dǎo)致的鐵電轉(zhuǎn)變溫度的改變是有報道以來最高的。隨后該課題組將鈦酸鍶生長在硅基底上，也可將其常溫下壓縮到鐵電態(tài)。該方法產(chǎn)生的應(yīng)變同時，可以對鐵磁材料性質(zhì)、光催化氧化物材料和可調(diào)微波節(jié)點(diǎn)材料的性能進(jìn)行有效的提高。他們的工作的證明:對于氧化物薄膜，應(yīng)變是一種非常有效，而且可控的調(diào)節(jié)方法。

(西安交通大學(xué)單智偉教授)

專欄特約編輯單智偉

單智偉:男，1974年生，教授，博導(dǎo);國家“千人計劃”入選者，教育部“長江學(xué)者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者;1996年于吉林大學(xué)材料與科學(xué)工程系獲學(xué)士學(xué)位，1999年于中科院金屬所獲碩士學(xué)位，2005年于美國匹茲堡大學(xué)機(jī)械工程系獲博士學(xué)位，2005～2006年于美國勞倫茲國家實驗室的美國國家電鏡中心從事博士后研究工作;2006年加盟納米力學(xué)設(shè)備制造公司(hysitron)，并先后受聘為資深研究員、真空部門經(jīng)理和Hysitron公司應(yīng)用研究中心主任，2008年與西安交通大學(xué)開展合作，先后創(chuàng)建和參與創(chuàng)建3個國際化研究中心;現(xiàn)任西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實驗室副主任、材料學(xué)院副院長，中國材料研究學(xué)會青年委員會常務(wù)理事，中國電鏡學(xué)會常務(wù)理事及聚焦離子束專業(yè)委員會主任，中國儀器儀表學(xué)會儀表材料分會常務(wù)理事，中國晶體學(xué)會理事;在國際頂級期刊發(fā)表論文50余篇，SCI引用超過1 526余篇次，單篇SCI引用最高328篇次，H因子15;組織和共同組織國際學(xué)術(shù)研討會12次，擔(dān)任國際會議分會主席7次;主持科研項目4項(美國兩項)。

肖思群:男，1958年生，博士，2010年為FEI Company的市場開發(fā)總監(jiān);1982年畢業(yè)于浙江大學(xué)材料系，1986年獲德國亞堔工大冶金學(xué)碩士學(xué)位，1990年獲德國哥廷根大學(xué)物理學(xué)博士，1990～1993年為美國凱斯西儲大學(xué)材料系副研究員，1993～1996年于美國加州大學(xué)伯克利國家實驗室的國家電子顯微鏡中心任博士后研究員;1996～2003年任美國科天公司演示實驗室經(jīng)理，臺灣積體電路事業(yè)部以及中國事業(yè)部的應(yīng)用工程經(jīng)理，2004～2010年任美國應(yīng)用材料公司在中國的工藝測控部總經(jīng)理;1992年獲美國電鏡協(xié)會和瑞士DiATOME公司共同頒發(fā)的DiATOME美國獎;共發(fā)表論文60篇，被引超過800次。

特約撰稿人彭開武

彭開武:男，1971年生，高工;1997年獲北京理工大學(xué)碩士學(xué)位，1999年于中科院電工所微納加工研究室從事基于電鏡(含掃描與透射)的電子束曝光機(jī)的研制工作，先后參與院知識創(chuàng)新/儀器改造項目4項，并在后面的3個項目中充當(dāng)總體工藝組的主要參與者或負(fù)責(zé)人;2003年期間以訪問學(xué)者身份在英國盧瑟福實驗室中央微結(jié)構(gòu)中心從事微納米器件工藝研究，2007年于國家納米科學(xué)中心納米檢測實驗室從事聚焦離子束加工方面的工作。

賈志宏:男，1974年生，教 授，博 導(dǎo);2003年中科院長春應(yīng)化所碩博連讀獲博士學(xué)位，2005年獲德國馬堡大學(xué)博士學(xué)位，2005～2010年于挪威科技大學(xué)材料系任博士后研究員，2010年起為重慶大學(xué)特聘教授;現(xiàn)任重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中心實驗室副主任，中國電子顯微鏡學(xué)會FIB專業(yè)委員會委員;曾參與“973”計劃、國家自然科學(xué)基金等項目，承擔(dān)法國和挪威研究理事會及企業(yè)資助的國際研發(fā)項目、挪威科技大學(xué)材料領(lǐng)域重點(diǎn)研究項目、重慶市科委國際合作項目等;發(fā)表論文35篇，SCI收錄30篇，被引用380多次。

特約撰稿人賈志宏

吳文剛:男，1966年生，教授，博導(dǎo);現(xiàn)任北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長、微電子學(xué)系主任、微電子學(xué)研究院副院長、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)術(shù)委員會委員、學(xué)位評定委員會信息科學(xué)類分會副主席、委員;國家“核高基”重大專項課題、“973”計劃、“863”計劃、國家自然科學(xué)基金項目評審專家，20多個國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊審稿人，9個國際學(xué)術(shù)會議組織、技術(shù)程序委員或分會場主席;“砷化鎵超高速集成電路和微波功率器件國家級重點(diǎn)實驗室”第四屆學(xué)術(shù)委員會委員，中國高等教育學(xué)會儀器科學(xué)及測控技術(shù)專業(yè)委員會委員，《中國科學(xué)》(E/F輯)第八屆編委，《固態(tài)電子學(xué)研究與進(jìn)展》期刊編委會委員;作為負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金面上項目、國家“973”計劃項目、國家“核高基”重大專項課題等研究工作;發(fā)表論文140多篇，以第一發(fā)明人和合作發(fā)明人申請中國發(fā)明專利近20項(已獲授權(quán)15項);曾榮獲北京大學(xué)2005年度“楊芙清－王陽元院士優(yōu)秀教學(xué)科研獎”。

特約撰稿人吳文剛

特約撰稿人徐宗偉

徐宗偉:男，1978年，副教授，博士，碩導(dǎo);中國電子顯微鏡學(xué)會FIB專業(yè)委員會會員，天津大學(xué)“教書育人”優(yōu)秀青年教師;主持國家自然科學(xué)基金項目、工信部重大科技項目等多項課題，5個國際學(xué)術(shù)期刊審稿人;發(fā)表SCI收錄論文25篇，授權(quán)專利8項。