【液態金屬印刷電晶體科技】

編輯推薦

“本書作者從有別於傳統電晶體生長科技的角度出發，於國內外首次提出了液態金屬印刷電子學與印刷電晶體的全新理念與科技途徑，研發的有關液態金屬電子製造裝備及電子材料產品逐步實現了規模化工業應用及普及，正為下一代電子器件、集成電路乃至用戶端晶片的快速成型打開全新視野，為半導 體制造業注入新的活力。 與此同時，世界範圍內對電晶體製造方面的競爭日趨緊張加劇，我國眾多電晶體與晶片行業陷入嚴峻的卡脖子境遇，改變現狀的突破口只能通過重大理論創新與科技變革實現。 本書首次系統介紹液態金屬印刷電晶體科技的基本思想、典型途徑和應用情形，其全新理論與應用科技體系顛覆了經典制程的基本理念，開闢出了嶄新的電晶體與集成電路製造賽道，本書的出版將及時有力地促進我國相關行業後來居上乃至實現跨越式發展，有緊迫的現實意義。 “

內容簡介

經典電晶體製備及器件光刻工藝通常受制於價格高昂的設備、繁瑣冗長的制程及嚴重水電消耗。 作者劉靜教授帶領團隊研發的液態金屬印刷電晶體科技，以一種自下而上的全新管道實現了對Ga2O3、GaN等第三代、第四代以及更多類型電晶體的大面積低成本印製，由此可快速構築二極體、三極管、電晶體乃至集成電路和功能晶片，這一模式打破了傳統電晶體製造理念與應用科技瓶頸， 正以其普惠化特點展示出巨大發展空間，可望為晶片製造業注入新的活力。 為促進這一新興領域的繁榮和發展，本書旨在介紹液態金屬印刷電晶體科技的基本原理、典型途徑和應用問題，以助力更多基礎研發和工業實踐，繼而推動行業進步。 尤其在當前我國眾多電晶體與晶片行業陷入嚴峻的卡脖子的背景下，本書的出版具有重要的現實意義。

作者簡介

“劉靜，中國科學院理化科技研究所研究員、清華大學生物醫學工程系教授。長期從事液態金屬、生物醫學工程與工程熱物理等領域交叉科學問題研究並做出系列開創性貢獻。特別是在液態金屬領域取得了突破性發現和應用，成果在世界範圍產生廣泛影響。 出版14部著作，發表論文480餘篇（30餘篇英文封面或封底故事）； 申報發明專利200餘項，已獲授權130餘項。 曾獲國際傳熱界優選獎之一“The William Begell Medal”、全國首屆創新爭先獎、中國製冷學會科技發明一等獎、ASME會刊Journal of Electronic Packaging年度專享很好論文獎等。 李倩，中國科學院理化技術研究所助理研究員。 主要研究方向為：功能電子器件，電晶體光電子器件，光伏器件，半導體材料，納米材料。 在液態金屬柔性印刷原型器件構建等方面形成了有特色的研究體系。 獲得了一批國際水准的研究成果，在液態金屬功能器件研究領域，特別是高性能印刷液態金屬柔性電晶體電子及集成電路研究方面處於前沿水准。 杜邦登，中國科學院理化技術研究所博士後，曾任航太工程大學雷射推進及其應用國家重點實驗室助理研究員，以及中國船舶集團有限公司第725研究所工程師。 主要從事液態金屬製造二維或超薄半導體材料及電子器件方面的研究。 利用低溫氮电浆處理液態鎵表面，實現了氮化鎵薄膜資料的室溫生長； 通過液態鎵基合金成分調控，製備出高性能的摻雜型氧化鎵薄膜。 以第一、共一作者身份發表系列重要論文，申請專利多項。 “

目錄

第1章緒論1

1.1半導體材料及其基本製造途徑1

1.2經典電晶體製備工藝面臨的困境4

1.3通向普惠製造的印刷電子技術5

1.4變革性的液態金屬印刷電晶體科技7

1.4.1基本科技概要7

1.4.2液態金屬直接印刷第三代電晶體科技9

1.4.3液態金屬直接印刷第四代電晶體科技9

1.5液態金屬印刷電晶體優選制程的優勢10

1.6液態金屬印刷電晶體面臨的機遇與挑戰11

參考文獻12

第2章液態金屬元素電晶體及化合物電晶體15

2.1引言16

2.2物質相態轉移與常溫製造17

2.3典型的液態金屬材料及其化合物電晶體17

2.4液態金屬超常物質特性21

2.5液態金屬正重塑電晶體材料學23

2.6種類無限的液態金屬合金及複合材料24

2.7液態金屬微納尺度電晶體材料學25

2.8液態金屬是催生電子及電晶體科技變革的強勁引擎25

2.9小結27

參考文獻28

第3章液態金屬基礎物理化學特性30

3.1引言30

3.2印刷電子概況31

3.2.1常規印刷科技31

3.2.2常規電子油墨32

3.2.3列印方法32

3.2.4燒結方法33

3.3液態金屬印刷電子及電晶體33

3.4液態金屬電子墨水的基本特點和優勢34

3.5液態金屬電子墨水物理性質35

3.5.1熱物理性質36

3.5.2流體性質36

3.5.3可彎曲及拉伸電子特性37

3.5.4電晶體性質37

3.5.5磁學性質38

3.5.6力學性質38

3.5.7其他重要物理内容39

3.6液態金屬化學性質39

3.7液態金屬典型電子及電晶體墨水製備途徑40

3.7.1合金化40

3.7.2組合化41

3.7.3納米化41

3.7.4氧化41

3.7.5氮化42

3.7.6更多化學後處理措施43

3.8液態金屬印刷電子及電晶體對當代社會的意義45

3.8.1節能意義45

3.8.2對環境保護的意義46

3.8.3對健康科技的影響46

3.8.4新興應用46

3.9挑戰與機遇47

3.10小結48

參考文獻49

第4章液態金屬電子薄膜及物件的印刷52

4.1引言52

4.2傳統的電子印刷及油墨53

4.3液態金屬印刷電子油墨54

4.4液態金屬電子墨水的可列印性56

4.4.1可調節的黏附性56

4.4.2潤濕性57

4.5液態金屬電子功能薄膜印刷方法57

4.5.1液態金屬電子手寫管道58

4.5.2液態金屬全自動列印電子59

4.5.3普適性液態金屬噴墨印刷60

4.5.4液態金屬轉印方法62

4.6液態金屬3D電子及電晶體列印方法65

4.7液態金屬印刷電子商用設備的發展及應用67

4.8小結73

參考文獻74

第5章液態金屬印刷電子與電晶體互聯科技77

5.1引言77

5.2液態金屬導電圖案化列印及與常規半導體器件互聯79

5.3碳納米管薄膜印刷及液態金屬製備84

5.3.1碳納米管薄膜印刷84

5.3.2液態金屬的製備85

5.4液態金屬碳納米管光伏電池印製85

5.5高性能柔性液態金屬碳納米管電晶體88

5.6用液態金屬和有序排列的碳納米管製造光電子器件92

5.7小結93

參考文獻93

第6章液態金屬剝離法印刷氧化物電晶體96

6.1引言97

6.2SiO2/Si基底上 β Ga2O3薄膜的表徵98

6.3電晶體薄膜的形成及電晶體印製與刻畫101

6.4 β Ga2O3器件製造及效能評估102

6.5擊穿電壓與電容變化105

6.6小結107

參考文獻107

第7章液態金屬摻雜實現氧化物電晶體的改性和印製109

7.1引言110

7.2液態金屬基n型和p型Ga2O3薄膜的直接印刷111

7.3Ga2O3薄膜形貌、化學成分及晶體結構等效能的表徵114

7.4n型和p型Ga2O3在FET電子器件中的應用124

7.5小結135

參考文獻135

第8章液態金屬氮化物電晶體室溫印刷139

8.1引言140

8.2电浆介導的Ga液態金屬與N2限域直接反應141

8.3室溫製造GaN電晶體的資料及設備143

8.4GaN電晶體室溫印製及表徵144

8.5超薄2D GaN薄膜的性質150

8.6印刷超薄2D GaN薄膜在電子器件中的應用154

8.7小結157

參考文獻158

第9章液態金屬印刷製備磷化物和硫化物電晶體薄膜162

9.1引言162

9.2液態金屬Ga表面磷化反應製備二維電晶體薄膜164

9.2.1液態金屬Ga表面生長二維GaP電晶體164

9.2.2液態金屬Ga印刷製備2D磷酸鎵167

9.3液態金屬表面硫化反應製備二維電晶體薄膜169

9.3.1液態金屬Ga印刷製備2D GaS169

9.3.2液態金屬Sn印刷製備2D SnS171

9.4液態金屬印刷製備二維半導體器件173

9.4.1液態金屬Ga印刷製備2D GaS電晶體173

9.4.2液態金屬Sn印刷製備柔性2D SnS壓電納米發電機175

9.5鎵基液態金屬室溫印刷P、S電晶體薄膜176

9.6小結178

參考文獻178

第10章液態金屬印刷多元化合物電晶體180

10.1引言181

10.2多元合金及GaInSnO和InSnO多層膜製備工藝183

10.3印刷型超薄GaInSnO電晶體薄膜的效能185

10.4基於多層膜印製的電子器件集成及應用195

10.5小結203

參考文獻203

第11章在不同基底表面上的液態金屬電子及電晶體印刷209

11.1引言209

11.2有較寬基底適應性的半液態金屬電子油墨印刷特性212

11.3Ni基液態金屬油墨印製電路的刻畫216

11.4三維基材表面的電子及電晶體印製223

11.5三維電子及電晶體墨水資料刻畫224

11.6液態金屬三維印刷電子器件及功能225

11.7小結235

參考文獻236

第12章一維纖維形狀與結構液態金屬電子及電晶體印刷238

12.1引言238

12.2導電纖維及半導體材料製備240

12.3導電纖維機電特性及熱穩定性242

12.4智慧響應型液態金屬纖維叢及電晶體248

12.5小結256

參考文獻256

第13章液態金屬印刷集成電路及晶片258

13.1集成電路發展概況259

13.1.11940年代至1950年代（電晶體階段）259

13.1.21960年代至今（IC階段）259

13.1.3印刷IC260

13.2改變集成電路及晶片製造模式的液態金屬印刷科技261

13.3液態金屬導電油墨的改性和增强263

13.4液態金屬導電體印製及資料表徵264

13.5柔性基材上印刷的液態金屬碳納米管薄膜電晶體268

13.6高性能柔性液態金屬碳納米管薄膜電晶體269

13.7印刷液態金屬碳納米管基薄膜電晶體器件的穩定性275

13.8液態金屬印刷集成電路發展路線圖279

13.9小結281

參考文獻282

第14章液態金屬印刷電晶體工業應用286

14.1引言286

14.2印刷2D半導體光電探測器基本資料及測試工具288

14.3液態金屬基2D電晶體印刷及表徵289

14.4印刷2D半導體材料的光電特性295

14.5基於 β Ga2O3/Si異質結的全印刷日盲紫外光電探測器298

14.6液態金屬印刷光伏發電器305

14.7小結306

參考文獻307

第15章面向消費者和個人用戶的液態金屬普惠印刷電晶體311

15.1引言311

15.2液態金屬普惠印刷電子及電晶體313

15.3商業產品開發及產業化路線圖316

15.4迎接液態金屬電晶體普惠印刷時代的到來320

15.5小結321

參考文獻322

索引325

-------------------------------

【液態金屬先進晶片散熱科技】

內容簡介

隨著微納電子技術的飛速發展，高集成度晶片、光電器件與系統等引發的熱障問題，已成為制約高端應用的關鍵瓶頸，由此對先進散熱提出了****的需求。 液態金屬晶片散熱正是在這樣背景下誕生的全新科技，成為近年來熱管理領域的國際前沿熱點和極具發展前景的新興產業方向之一，且在更廣層面極端散熱領域的價值還在不斷增長。 為推動這一新興學科方向的發展，本書系統闡述液態金屬先進散熱方法的基本原理與典型應用，涉及液態金屬熱物性、流動特性、資料相容性、驅動方法、傳熱特性、微通道散熱、相變熱控科技及其在CPU與LED等典型器件冷卻上的應用等方面。 本書可供熱科學、物理、電子、機械、器件、資料、化工以及設計等領域科研人員、工程師以及大專院校有關專業師生閱讀參攷。

作者簡介

鄧中山：中國科學院理化科技研究所研究員、碩士生導師，從事液態金屬、生物醫學工程與工程熱物理等領域交叉科學問題研究，承擔多項國家自然科學研究基金、中國科學院基金項目，發表幾十篇SCI論文，出版多部著作。

劉靜：清華大學醫學院生物醫學工程系教授，中國科學院理化科技研究所研究員。 先後入選中國科學院及清華大學百人計畫，國家傑出青年科學基金得主。 長期從事液態金屬、生物醫學工程與工程熱物理等領域交叉科學問題研究並作出系列開創性貢獻。 成果在世界範圍產生廣泛影響，為眾多國際知名期刊及專業網站廣泛專題評介。 研發的眾多液態金屬應用系統、高端腫瘤微創治療裝備及無線移動醫學儀器等進入市場。 出版《微米/納米尺度傳熱學》《手機平臺上的生物醫學工程學：原理及應用》等9部跨學科前沿著作及20篇應邀著作章節； 發表期刊論文480餘篇（20餘篇英文封面或封底故事）； 申報發明專利200餘項，已獲授權130餘項。 曾獲國際傳熱界Z高獎之一“The William Begell Medal”、全國首屆創新爭先獎、中國製冷學會科技發明一等獎、ASME會刊Journal of Electronic Packaging年度唯I最佳論文獎、入圍及入選“兩院院士評選中國十大科技進展新聞”各1次，入選CCTV 2015年度十大科技創新人物等。

目錄

第1章緒論1

11引言1

12晶片發展對先進冷卻科技的需求1

13晶片散熱代表性科技及發展趨勢5

14液態金屬晶片散熱科技的興起12

15本書內容和框架17

參考文獻18

第2章液態金屬導熱特性21

21引言21

22液態二元合金導熱係數的預測22

23液態金屬熱導率量測28

24本章小結45

參考文獻45

第3章液態金屬固液相變特性47

31引言47

32純鎵的相變特性48

33鎵基二元合金相變特性的DSC研究66

34鎵基多元合金相變特性的DSC研究89

35本章小結109

參考文獻109

第4章液態金屬與基底資料間的相容性111

41引言111

42液態金屬與結構資料的典型腐蝕現象111

43液態金屬腐蝕機理研究113

44液態金屬腐蝕現象的量化分析方法116

45液態金屬與典型散熱結構資料的腐蝕實驗研究118

46本章小結127

參考文獻128

第5章液態金屬熱介面資料130

51引言130

52熱介面資料科技概況及分類131

53接觸熱阻的測試方法133

54液態金屬熱介面資料135

55液態金屬導熱片熱阻測試138

56液態金屬基高導熱電絕緣介面及封裝資料142

57本章小結145

參考文獻145

第6章液態金屬相變熱控科技147

61引言147

62相變資料的分類148

63液態金屬相變資料151

64液態金屬固液相變傳熱一般規律153

65應對極端熱衝擊的液態金屬相變熱控科技172

66本章小結201

參考文獻201

第7章液態金屬流體驅動方法203

71引言203

72液態金屬流體典型驅動方法203

73液態金屬電磁泵特性分析209

74本章小結220

參考文獻220

第8章液態金屬流體散熱科技222

81引言222

82液態金屬流體散熱科技的特點223

83圓管內液態金屬流體換熱理論225

84液態金屬流體的換熱係數229

85液態金屬流道壁面溫度231

86液態金屬流體散熱技術性能的數值評估234

87本章小結236

參考文獻237

第9章液態金屬强化傳熱方法238

91引言238

92液態金屬兩相流强化傳熱方法238

93液態金屬微通道强化傳熱方法248

94液態金屬强化傳熱場協同理論分析256

95本章小結261

參考文獻262

第10章液態金屬CPU散熱器設計及效能評估264

101引言264

102液態金屬CPU散熱器的理論優化研究264

103液態金屬CPU散熱器的工藝優化研究280

104液態金屬CPU散熱器性能測試288

105液態金屬CPU散熱器的技術經濟學分析294

106本章小結296

參考文獻297

第11章液態金屬大功率LED散熱器設計及效能評估299

111引言299

112傳熱模型與優化設計300

113結構優化設計302

114高功率密度LED高杆燈液態金屬散熱器熱學效能實驗研究311

115本章小結322

參考文獻322

索引324