【进展】中科院苏州纳米所徐勇团队在HOR领域取得新进展；中国科学院单个激光腔中实现高性能单模激光输出

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1.中科院苏州纳米所徐勇团队在HOR领域取得新进展；

2.中国科学院单个激光腔中实现高性能单模激光输出；

3.东南大学黄晓东教授发表能源与信息一体化器件及应用方向新成果；

4.基于新型SiC复合衬底的低成本MOSFET取得重要进展

1.中科院苏州纳米所徐勇团队在HOR领域取得新进展

钌（Ru）作为氢氧化反应（HOR）的最佳候选材料之一，在阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）中引起了广泛的关注，但由于其具有很强的氢氧根亲和性，在碱性条件下动力学缓慢。

基于此，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所徐勇研究员团队、厦门大学黄小青团队、常熟理工学院耿洪波教授合作报道了在RuCu上外延Pt的三元中空纳米笼（Pt-RuCu NCs）作为高效的HOR催化剂，并将其应用于AEMFCs。结合X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收能谱（XAS）、原位傅立叶变换红外光谱（FTIR）和密度泛函理论（DFT）计算表明，优化后的Pt8.7-RuCu NCs/C上的电子从Pt转移到Ru，改变了电子性质并调节了H*和OH*的吸附特性，从而显著提高了HOR性能。

测试结果表明，优化后的Pt8.7-RuCu NCs/C的质量活性为5.91 A mgPt+Ru-1，分别是RuCu NCs/C（1.38 A mgPt+Ru-1）、PtRu/C（1.83 A mgPt+Ru-1）和Pt/C（0.37 A mgPt-1）的4.2倍、3.2倍和15.9倍。更重要的是，AEMFC在电流密度为3.35 A cm-2时，比峰值功率密度达到15.9 W mgPt+Ru-1，显著高于大多数PtRu-基燃料电池。本工作提出了一种高效的催化剂用于碱性HOR和AEMFCs，将引起化学、材料和能源等多个领域的研究人员的兴趣。

相关工作以Hollow Pt-Encrusted RuCu Nanocages Optimizing OH Adsorption for Efficient Hydrogen Oxidation Electrocatalysis为题发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。

图1. 合成与形貌表征

图2. 催化性能

图3. XPS、XANES和EXAFS光谱表征

图4. 原位FTIR光谱表征

图5. DFT计算

文章来源：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

2.中国科学院单个激光腔中实现高性能单模激光输出

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员张龙与董红星团队，联合湖南大学和南京航空航天大学的研究人员，在激光模式调控技术研究方面取得进展。该团队通过选择性模式结构破缺这一创新方法，在单个激光腔中实现了高性能单模激光输出。相关研究成果以Single-Mode Lasing by Selective Mode Structure Breaking为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

单模激光具有出色的单色性、强相干性和高亮度。而由于微腔中多个接近的共振模式之间的竞争，实现单模激光具有挑战性。该团队通过引入选择性空间结构破缺，有效破坏了竞争模式的模式结构，从而实现在单一结构中不引入巨大损耗情况下的模式选择。

作为概念验证，该研究采用精细加工技术在微盘腔上引入外围角光栅破缺结构，消除了不匹配的竞争模式，实现了单模激光输出。进一步，研究通过引入挖孔来抑制剩余的高阶激光模式，优化了激光特性。值得注意的是，研究制造的激光光源被称为模式结构破坏激光器，展现出优异的单模激光特性如稳定性、超低阈值和窄线宽。

上述成果为超低阈值、可调谐单模激光器的发展提供了新途径，对在光子集成电路中构建片上激光阵列尤为重要。

研究工作得到国家自然科学基金和上海市相关项目的支持。

3.东南大学黄晓东教授发表能源与信息一体化器件及应用方向新成果

【东大新闻网12月18日电】（通讯员 王冬）近日，东南大学集成电路学院、MEMS教育部重点实验室黄晓东教授课题组在国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Reconfigurable CMOS-Compatible Supercapacitor-Diode Empowering Computation Efficiency for Human-Machine Interaction（中文题目：CMOS兼容的可重构超级电容器二极管为人机交互赋能）”的研究论文，该论文是团队在能源与信息一体化器件及应用方向的最新成果，提出了能源赋能信息的新思路。

作为后摩尔时代的重要发展方向，智能微系统技术集传感、存储、计算、通讯等功能于一体，具有微型化、智能化、系统化的特征，在人机交互、航空航天、医疗健康、消费类电子、物联网等诸多领域显现出巨大的潜力。

能源与信息器件的融合有助于促进智能微系统的微型化及智能化，对于智能微系统的发展至关重要。本文报道了一款CMOS兼容的可重构超级电容器二极管，该器件兼具能量存储与离子整流双功能。此外，提出了能源赋能信息的新思路：一方面，通过将能量存储功能融合到离子整流功能中，器件显示出可调的离子整流特性。在此基础上，成功构建了多值逻辑门；另一方面，基于器件可重构的易失性和非易失性的能量存储特性，成功构建出储备池神经形态计算系统。该工作有助于推动智能微系统在人机交互领域的应用。

该论文的第一作者是东南大学博士生王冬和硕士生杨博帆，东南大学特聘教授黄晓东老师为论文的通讯作者，东南大学为唯一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金面上项目的资助。

文章来源：东南大学

4.基于新型SiC复合衬底的低成本MOSFET取得重要进展

近日，微电子所高频高压中心刘新宇研究员团队与青禾晶元公司、南京电子器件研究所等团队合作，基于新型6英寸SiC复合衬底成功实现高性能低成本1200V SiC MOSFET。

当前，碳化硅（SiC）晶圆行业正持续扩大产能以满足不断增长的市场需求。但可用于MOSFET制造的无缺陷衬底（即“高质量”衬底）的成品率通常仅为40%-60%。在6-8英寸SiC的生长和提纯过程中，自然会产生低等级衬底（即“低质量”衬底）。在目前的工业生产中，这些衬底通常被作为陪片甚至废料处理，导致高质量SiC衬底的生产成本很高，通常占最终MOSFET器件成本的50%以上。此外，SiC衬底的制造过程耗能较高，导致较高的碳排放。

为应对这一挑战，微电子所与合作单位在国际上首次提出了一种新型6英寸单晶SiC复合衬底，通过表面活化键合技术和离子注入剥离技术，将高质量SiC薄层键合转移到低质量单晶SiC衬底上，实现了低质量单晶SiC衬底有效使用，每个高质量SiC晶圆可重复使用超过30次（即每个高质量晶圆可以产生超过30个薄层），预计成本降低40%。

该复合衬底表现出与高质量衬底相当的缺陷密度，界面热阻低至2.8 +1.4/-0.7 m²K/GW，且键合界面处电场强度很小。此界面热阻是目前国际上报道的SiC与其他材料（如SiC、GaN和Ga2O3）键合界面中最低值。在该衬底上生长的6英寸SiC外延层实现了高达99.2%的无致命缺陷良率。基于此6英寸外延层制造的1200V、20mΩ的SiC MOSFET器件展示了超过70%的良率（在IDSS<2µA，在1200V条件下测试），其性能和可靠性可同最先进的商用器件相媲美。电路鲁棒性测试显示，在超过250A、持续10ms的浪涌电流下，键合界面没有出现退化现象。该成果是首次报道基于SiC复合衬底的晶圆级器件数据及高电流鲁棒性。结果表明，这项新的衬底技术具有巨大的潜力，为更加经济和可持续的SiC功率电子器件提供了重要的发展方向。

基于该研究成果的论文“Cost-Effective 1200 V SiC MOSFETs on a Novel 150 mm SiC Engineered Substrate with Dummy Grade Material Reuse”，于12月10日以口头报告形式发表在第70届国际电子器件大会上（IEDM 2024）。微电子所王鑫华研究员为第一作者，微电子所刘新宇研究员、青禾晶元公司母凤文研究员、弗吉尼亚理工大学（现香港大学）张宇昊教授为论文共同通讯作者。

图1. 6英寸SiC-SiC键合制造过程的主要步骤

图2. 在6英寸工程衬底和外延层上制造的SiC MOSFET沟道区域的横截面高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像

图3 在VGS= -4V和在VDS=1200V条件下的6英寸晶圆上制作的器件的IGSS分布图（绿色为通过，图a良率为90%，图b良率为70%）

图4 浪涌电路测试图

(a) 为电路原理图

(b) 为理想波形

(c) 为浪涌电流测试装置照片

(d) 为被测件在不同浪涌电流水平下的电流和电压波形

(e) 失效被测件的引脚间电阻

（文章来源：中国科学院微电子研究所）

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