研究论文

11 晶圆级GeTe相变薄膜的磁控溅射可控制备与射频开关性能调控

在射频开关技术领域，微机电系统（MEMS）、PIN二极管和场效应晶体管（FET）虽然已实现规模化应用，但相变开关凭借其独特优势正成为研究热点。相较于传统技术，相变开关具有以下突出特性：非易失性工作模式可显著降低静态功耗；与CMOS及MEMS工艺的高度兼容性使其工作电压更低；同时兼具优异的电学性能（关断/导通电阻比>10³）、超快响应速度（纳秒级）、微型化尺寸和低寄生电容等特征，这些特性使其成为高速可重构射频系统的理想选择。

相变开关的核心机理在于相变材料（PCM）高低阻态的可逆转变，其性能直接取决于PCM的质量。目前主流薄膜PCM材料包括二氧化钒（VO₂）、锗锑碲（GST）和碲化锗（GeTe）。其中，GeTe展现出卓越的综合性能：其晶态电阻率（10⁻⁴ Ω·cm）较GST（10⁻¹ Ω·cm）降低3个数量级，2 μs的快速结晶特性，以及高达190 °C的结晶温度（远优于VO₂的68 °C），使其完全符合严苛的军用可靠性要求。值得注意的是，尽管GeTe在光存储和非易失存储器领域已实现商业化应用，但在射频开关应用中仍存在若干技术瓶颈：薄膜孔隙缺陷导致的可靠性问题（可通过氮掺杂工艺改善），以及开态电阻对沉积工艺、退火参数和射频电极间隙尺寸的高度敏感性。

近日，湖北九峰山实验室工艺中心TD研究团队通过物理气相沉积（PVD）工艺成功制备了6英寸晶圆级GeTe薄膜。重点考察了溅射腔压、功率、氩气流速及退火温度等关键工艺参数对薄膜电阻特性及膜厚均匀性的影响规律。同时，通过精确调控靶材化学计量比，可有效改善GeTe薄膜在晶圆中心和边缘的电阻差异，提升面内电阻均匀性。X射线衍射与能谱分析证实，所制备薄膜具有接近1:1的理想Ge/Te原子比，且晶圆各区域呈现高度一致的晶体学取向特征。特别值得注意的是，该材料在190 ℃相变温度点展现出高达4个数量级的电阻突变效应，这一优异的电学性能使其成为开发高性能相变射频开关器件的理想候选材料。

图1. 优化工艺方案下退火后GeTe薄膜的微结构表征：（a）截面透射电镜图；（b）−（c）元素分布图（Ge/Te原子比≈1:1）；（d）三维原子力显微镜图。

图2. GeTe薄膜(a) XRD图谱；(b) 变温电阻测试。

该文章作为封面文章，以题为“Magnetron sputter and phase change optimization of wafer-level GeTe films for RF switch”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Magnetron sputter and phase change optimization of wafer-level GeTe films for RF switch

Shihang Liu, Hanxiang Jia, Shuangzan Lu, Changyu Hu, Jun Liu

J. Semicond. 2025, 46(7), 072702 doi: 10.1088/1674-4926/24120033

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12 面向柔性应用的分布式硅纳米线电极绿色钙钛矿CsPbBr₃发光电化学电池

空气中稳定的铯铅卤化物钙钛矿材料的出现为光电子产业开辟了新前景。本研究提出一种柔性绿色钙钛矿发光电化学电池（PeLEC）的制备方法，该电池以CsPbBr₃钙钛矿作为活性层，采用高度有序的硅纳米线（Si NW）阵列作为分布式电极，并将其集成于聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜中。数值模拟表明，基于硅纳米线的分布式电极有助于提高载流子向更厚钙钛矿层的注入效率，从而增强发光性能。X射线衍射研究表明，在含硅纳米线的PDMS基底上合成的钙钛矿层，其晶体结构与在平面硅片基底上合成的样品相似。我们对在刚性硅基底上制备的发光器件与从基底上剥离的基于柔性硅纳米线膜的器件的性能进行了对比分析。由于柔性PeLEC底部电极（由单壁碳纳米管薄膜网络构成）与硅纳米线之间可能存在势垒，柔性器件的电致发光性能和I−V特性较刚性器件有所下降。本研究开发的PeLEC为进一步研发性能更优的无机柔性均匀发光器件奠定了基础。

图1. (a) 柔性平面钙钛矿发光装置 (左图) 和柔性钙钛矿装置 (右图) 的常规设计示意图，该装置具有分布式Si NWs电极。(b) 具有分布式Si NW基电极的柔性PeLEC的制造工作流程。(c) 使用分布式Si NW基电极的弯曲PeLEC膜的照片；比例尺为 1 厘米。

该文章以题为“Green perovskite CsPbBr₃ light-emitting electrochemical cells with distributed Si nanowires-based electrodes for flexible applications”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Green perovskite CsPbBr₃ light-emitting electrochemical cells with distributed Si nanowires-based electrodes for flexible applications 

Viktoriia Mastalieva, Anastasiya Yakubova, Maria Baeva, Vladimir Neplokh, Dmitry M. Mitin, Vladimir Fedorov, Alexander Goltaev, Alexey Mozharov, Fedor Kochetkov, Andrei S. Toikka, Ramazan Kenesbay, Ekaterina Vyacheslavova, Alexander Vorobyev, Kristina Novikova, Dmitry Krasnikov, Jianjun Tian, Albert G. Nasibulin, Alexander Gudovskikh, Sergey Makarov, Ivan Mukhin

J. Semicond. 2025, 46(7), 072801 doi: 10.1088/1674-4926/24120010

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