美国突破性实现多种新材料与硅的异质集成，带来全新智能器件
本文授权转自：大国重器（ID:ElectronicComponent)
作者：长青
北卡罗莱纳州立大学和美国陆军研究实验室的研究人员在美国陆军实验室的支持下，研发出了一种可将新型功能材料异质集成到硅芯片上的技术，将带来下一代智能器件和系统。
可集成的新型功能材料包括：
1.提供铁电和铁磁性能的多铁性材料，
2.体内绝缘表面有导电特性的拓扑绝缘体、
3.全新铁电材料等。
这些材料在传感器、非易失性存储器和微机电系统（MEMS）等领域具有巨大应用潜力。通过此次技术破，集成不同材料即可为器件赋予不同的功能和特性。
研究人员提出了两个与硅材料兼容的平台：
1.用于氮化物基电子器件的氮化钛，
研究人员研发了一系列可用作缓冲结构的薄膜材料，通过排布在新型材料和平台材料的表面，实现材料间的有效互联，进而实现相应材料与硅材料的异质集成。
薄膜的精确组分可以根据所选材料而变化。如为实现与多铁性材料的集成，研究人员使用了四种不同薄膜的组合物——氮化钛、氧化镁、氧化锶和锰酸锶镧；为实现与拓扑绝缘体的集成，研究人员使用了只有两种薄膜的组合物——氧化镁和氮化钛。
该方法称为薄膜外延，由北卡罗莱纳州立大学材料科学和工程学院教授杰伊·纳拉扬于2003年的学术论文中首次提出，现在则由北卡罗莱纳州立大学的Srinivasa Singamaneni和陆军研究实验室的John Prater合作实现。
杰伊·纳拉扬表示：“这些新的氧化物通常生长在不与传统计算器件相兼容的材料上。我们现在能够将这些材料集成到硅芯片上，从而将对应功能集成到电子设备上。”
在硅上集成新材料带来新应用潜力。例如，可将数据感知、处理和传输等功能集成到一个紧凑型芯片，带来更快、更高效的器件。例如，发光二极管（LED）目前使用不能直接与硅材料兼容的蓝宝石衬底，但此次技术突破使得LED能与多种硅器件集成，研发出真正实现“智能化”的照明器件。
研究成果已发表在《应用物理评论》；研究人员已获该技术专利，并正寻找企业进行授权和实现商业化。