1 電介質(zhì)材料
1、ACS Nano：聚合物納米復(fù)合介電材料——了解基體/顆粒界面
聚合物納米復(fù)合介電材料具有原始聚合物介電材料所不具備的卓越電學(xué)性能，在這類材料中，基體/顆粒界面對(duì)塊狀材料的性能起決定性作用。
近日，清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科研人員發(fā)表綜述文章，介紹了關(guān)于聚合物納米復(fù)合介電材料中基體/顆粒界面特性的最新研究進(jìn)展，深入剖析了用于研究基體/顆粒界面構(gòu)效關(guān)系的重要實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)表征技術(shù)，同時(shí)評(píng)估了每種實(shí)驗(yàn)方法的局限性。作者從多個(gè)方面總結(jié)比較了三種實(shí)驗(yàn)策略的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了各自存在的關(guān)鍵問題并提出可能的解決方案，為今后界面研究指出了潛在的方向。該綜述文章以“Polymer Nanocomposite Dielectrics：Understanding the Matrix/Particle Interface”發(fā)表于ACS Nano上。
圖1. 界面研究的三種主要實(shí)驗(yàn)策略示意圖
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07404
2、Adv. Funct. Mater.：超低k介電有機(jī)硅酸鹽玻璃中塑性驅(qū)動(dòng)電導(dǎo)率下降的證據(jù)
用于微電子、能量?jī)?chǔ)存、電源等領(lǐng)域的先進(jìn)器件是金屬和電介質(zhì)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，嵌入式電介質(zhì)的可靠性取決于它們?cè)谛孤逗蛽舸r(shí)保持其電氣特性的能力。因此，了解介電薄膜的機(jī)械和電學(xué)行為之間的相互作用，對(duì)于預(yù)測(cè)功能器件的壽命至關(guān)重要。
最近，法國(guó)格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)的研究人員結(jié)合原位先進(jìn)實(shí)驗(yàn)和有限元模擬，闡明了塑性變形對(duì)超低k介電薄膜導(dǎo)電性的影響。研究團(tuán)隊(duì)通過“電納米壓痕”測(cè)試證實(shí)了電學(xué)失效和力學(xué)失效（泄漏退化、擊穿、塑性、開裂）之間的強(qiáng)烈相關(guān)性，還發(fā)現(xiàn)了高機(jī)械應(yīng)力下反直覺的電導(dǎo)率下降。對(duì)機(jī)械生成的缺陷處空穴俘獲引起的空間電荷堆積進(jìn)行分析后，確定了閾值應(yīng)變是聯(lián)系電介質(zhì)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)變相關(guān)電導(dǎo)與電流線分布的關(guān)鍵。這項(xiàng)工作對(duì)電介質(zhì)中的機(jī)械/電氣耦合提供了新的理解，為解決先進(jìn)器件的可靠性問題提供了新的方案。相關(guān)研究工作以“Evidence of Plasticity-Driven Conductivity Drop in an Ultra-Low-k Dielectric Organosilicate Glass”發(fā)表于Adv. Funct. Mater.上。
圖2.電納米壓痕實(shí)驗(yàn)示意圖
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202207354
2 熱管理材料
1、Adv. Mater.：塊體環(huán)氧樹脂中有機(jī)纖維的多級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致三維高熱導(dǎo)率
聚合物通常被認(rèn)為是熱絕緣體，然而定向纖維和薄膜的熱導(dǎo)率卻顯著提高。由于空間界面聲子-熱導(dǎo)勢(shì)壘的存在，將聚合物的線性熱傳輸優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到塊狀材料仍然具有較大挑戰(zhàn)。
近期，四川大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員受原膠原（tropocollagen）結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)將具有螺旋結(jié)構(gòu)的多級(jí)排列的聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑（PBO）纖維編織到環(huán)氧樹脂基體中，可以產(chǎn)生三維的連續(xù)導(dǎo)熱通路，并實(shí)現(xiàn)了10.85 W m-1 K-1的面間熱導(dǎo)率和7.15 W m-1 K-1的面內(nèi)熱導(dǎo)率。良好的熱導(dǎo)率不僅歸因于PBO的多級(jí)分子、螺旋和編織結(jié)構(gòu)，還歸因于帶有重疊聲子態(tài)密度的非晶鏈，這些結(jié)構(gòu)能夠?qū)BO纖維中相鄰的高熱導(dǎo)率晶體橋接在一起，從而使高熱導(dǎo)率PBO晶體之間的界面熱阻被抑制在10-10?m2 K W-1量級(jí)。該材料還具有一些其他優(yōu)點(diǎn)，如重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、柔韌且不易燃等。這種材料為有機(jī)聚合物在高性能熱管理方面的應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。該研究以“Tropocollagen-Inspired Hierarchical Spiral Structure of Organic Fibers in Epoxy Bulk for 3D High Thermal Conductivity”發(fā)表在Adv. Mater.上。
圖3. 原膠原及PBO纖維的多級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)示意圖
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202206088
3 電磁屏蔽材料
1、Nano-Micro Letters：用于吸收主導(dǎo)型電磁屏蔽的具有雜化碳納米填料的高柔性織物/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料
環(huán)氧基納米復(fù)合材料因其輕質(zhì)、化學(xué)惰性和機(jī)械耐久性而成為理想的電磁干擾（EMI）屏蔽材料。然而，環(huán)氧樹脂的低導(dǎo)電性和脆性阻礙了其在便攜式和柔性電磁屏蔽材料方面的應(yīng)用，例如智能腕帶、醫(yī)用布、航空航天和軍事設(shè)備等。
近日，韓國(guó)仁荷大學(xué)的研究人員報(bào)道了一種單壁碳納米管（SWCNT）/還原氧化石墨烯（rGO）雜化碳納米填料作為導(dǎo)電劑，聚酯織物（PFs）作為基體的柔性電磁屏蔽復(fù)合材料。這種SWCNT/rGO/PF/環(huán)氧復(fù)合材料的最高電導(dǎo)率和斷裂韌性分別為30.2 S m?1和38.5 MPa m1/2，與不含SWCNT的材料相比，分別提高了約270%和65%。此外，該材料還具有優(yōu)異的機(jī)械耐久性，電導(dǎo)率在1000次彎曲循環(huán)實(shí)驗(yàn)中保持穩(wěn)定。厚度為0.6 mm的樣品在頻率為8.2–12.4 GHz的X波段下，電磁屏蔽效能約為41 dB，吸收系數(shù)超過0.7，意味著電磁吸收行為占主導(dǎo)。這項(xiàng)研究為研發(fā)柔性和高耐久性的電磁屏蔽復(fù)合材料提供了參考。研究論文以“Highly Flexible Fabrics/Epoxy Composites with Hybrid Carbon Nanofillers for Absorption-Dominated Electromagnetic Interference Shielding”發(fā)表于Nano-Micro Letters上。
圖4. SWCNT/rGO/PF/環(huán)氧復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及電磁屏蔽機(jī)理示意圖
論文鏈接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00926-1
4 熱電材料
1、ACS Appl. Mater. Interfaces：一種新型n型熱電材料Y2Te3
熱電（TE）器件的效率很大程度上取決于熱電優(yōu)值z(mì)T，而實(shí)現(xiàn)更高zT值的途徑往往是降低熱導(dǎo)率k。稀土硫族化合物由于其較低的晶格導(dǎo)熱率（kL）和可以通過陽離子空位調(diào)節(jié)的載流子濃度，已經(jīng)作為高溫?zé)犭姴牧媳粡V泛研究。
最近，美國(guó)西北大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員報(bào)道了一種有應(yīng)用前景的n型熱電材料——Y2Te3，這是一種具有類巖鹽型（rocksalt-like）空位有序結(jié)構(gòu)的稀土硫族化合物。通過對(duì)Y2Te3的傳輸特性、熱電性能優(yōu)化和摻雜特性等進(jìn)行計(jì)算評(píng)估后發(fā)現(xiàn)：在Y2Te3摻雜到最優(yōu)的1–2 × 1020 cm–3電子濃度時(shí)，可以獲得大于1的最大zT值。缺陷計(jì)算表明，Y2Te3在富Y生長(zhǎng)條件下是n型可摻雜的，抑制了類受體陽離子空位的形成。另外還發(fā)現(xiàn)，可以使用鹵素（Cl、Br和I）實(shí)現(xiàn)最優(yōu)n型摻雜，其中I是最有效的摻雜劑。這些研究結(jié)果以“Y2Te3 : A New n-Type Thermoelectric Material”發(fā)表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。
圖5. Y2Te3的類巖鹽斜方晶體結(jié)構(gòu)和費(fèi)米面
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.2c12112
5 電子封裝材料
1、Prog. Mater. Sci.：環(huán)氧樹脂的韌性及其改性機(jī)理研究
環(huán)氧樹脂作為基體樹脂廣泛應(yīng)用于各種復(fù)合材料，然而環(huán)氧樹脂的一些固有特性如抗疲勞特性差、抗沖擊性差以及韌性和強(qiáng)度之間的相互制約等，嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步應(yīng)用。
近日，中南民族大學(xué)的研究人員發(fā)表綜述文章，介紹了環(huán)氧樹脂的增韌方法和相關(guān)機(jī)制以及韌性的表征分析技術(shù)的最新發(fā)展情況。作者認(rèn)為，作為典型的均質(zhì)韌性材料，超支化聚合物（hyperbranched polymers）特別是超支化環(huán)氧樹脂（HERs）可以理想地解決環(huán)氧樹脂韌性和強(qiáng)度的制約問題，因?yàn)镠ERs可以均勻地增韌和增強(qiáng)雙酚A型二縮水甘油醚（DGEBA），并促進(jìn)DGEBA的降解。此外，由于它們具有優(yōu)異的相容性、潤(rùn)濕性和低粘度，可以在組分之間表現(xiàn)出強(qiáng)烈的界面相互作用。這些研究對(duì)環(huán)氧樹脂在高性能、高科技領(lǐng)域的各種新型應(yīng)用提供了指導(dǎo)。該綜述文章以“Toughness and its mechanisms in epoxy resins”發(fā)表于Prog. Mater. Sci.上。
圖6. 環(huán)氧樹脂的各種微觀、宏觀形態(tài)示意圖
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https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100977
2、J. Mater. Chem. C：聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱——基本原理、研究進(jìn)展與阻燃/抗電磁干擾設(shè)計(jì)
隨著芯片集成度和功率密度的快速提高，要求電子封裝材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、阻燃性和抗電磁干擾性能。然而，大多數(shù)聚合物導(dǎo)熱性低、電磁透過率高且易燃。因此，聚合物基電子封裝材料的導(dǎo)熱性、阻燃性和抗電磁干擾性能都急待提高。
最近，華中科技大學(xué)的研究人員對(duì)聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理和提高其熱導(dǎo)率的新方法（如構(gòu)建三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行了總結(jié)。此外，還總結(jié)了這些高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的抗電磁干擾和阻燃機(jī)理及其最新研究進(jìn)展，例如，將碳材料與陶瓷進(jìn)行復(fù)合以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱性和抗電磁干擾性的提高，或利用氮磷化合物對(duì)陶瓷進(jìn)行改性以提高材料的導(dǎo)熱性和阻燃性。這些研究有助于解決下一代電子器件對(duì)于具有高導(dǎo)熱性、阻燃性及抗電磁干擾性能的聚合物基復(fù)合材料的迫切需求。該綜述文章以“Thermally conductive polymer-based composites: fundamentals, progress and flame retardancy/anti-electromagnetic interference design”發(fā)表于J. Mater. Chem. C上。
圖7. 聚合物基復(fù)合材料的多功能化發(fā)展趨勢(shì)及特性要求
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https://doi.org/10.1039/D2TC03306B
3、IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.：UCIe——一種封裝級(jí)小芯片創(chuàng)新的開放性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) 是一種行業(yè)互連標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下開發(fā)出一套開放的小芯片（Chiplet）生態(tài)系統(tǒng)，目的是為了讓不同供應(yīng)商生產(chǎn)的小芯片在不同地方可以互相配合使用并封裝在一起。
近日，美國(guó)英特爾公司的研發(fā)人員深入探討了該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的UCIe 1.0規(guī)范中，所采用的架構(gòu)、電路、通道和封裝等方面內(nèi)容，展示了其在通道和電路實(shí)現(xiàn)等方面的相關(guān)研究成果。小芯片的系統(tǒng)封裝可以克服光刻制程的限制以實(shí)現(xiàn)更好的性能。例如，計(jì)算核心可以在某個(gè)制程節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，而內(nèi)存和輸入/輸出（I/O）控制器等結(jié)構(gòu)功能也可以重新利用同樣的制程節(jié)點(diǎn)，這樣的功能區(qū)分一方面可以降低芯片的尺寸，從而提高產(chǎn)量；另一方面，不需要為不同功能提供不同的芯片設(shè)計(jì)，可以根據(jù)特定產(chǎn)品需求，選擇使用不同數(shù)量的計(jì)算、內(nèi)存、I/O以及加速器芯片，從而降低設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和產(chǎn)品成本。目前UCIe已經(jīng)在英特爾Sapphire Rapids CPU上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，為異構(gòu)芯片之間的高帶寬、低延遲、節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性封裝互聯(lián)提供了解決方案。該文章以“Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe)?: An Open Industry Standard for Innovations with Chiplets at Package Level”發(fā)表于IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.上。
圖8. 基于UCIe的小芯片開放式生態(tài)系統(tǒng)：封裝中的平臺(tái)
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DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3207195