賦予電子器件智慧的新型功能材料

材料牛注：如果能將硅芯片植入LED顯示屏，那么以后的電腦是不是只有一個屏幕了？聽起來跟平板電腦差不多，但是，北卡州立大學Narayan教授及其團隊似乎打算為LED集成電路賦予人工智慧，致力于實現智能化照明。

來自北卡州立大學和美國陸軍研究辦公室的研究者合作研發了一種方式使電腦芯片與新材料整合，創造新型智能設備和系統。

新型功能材料的種類有：氧化物，包括之前無法集成于硅片的多鐵性材料，該材料同時有鐵電性和鐵磁性；拓撲絕緣體——雖然整體呈絕緣性但是表面上卻具導體性；以及新型鐵電性材料。這些材料被認為能在以下方面得到應用，比如感應器，非易失性的電腦內存以及微電機系統（MEMS）。

“這些新型氧化物并不與計算設備的材料適配。”Jay Narayan說道，他是北卡州立大學的教授兼該研究論文的合著者，“我們現在有能力將這些新材料整合在硅片上，那樣我們才能讓它們電子設備上發揮作用。”

研究者提出的方法是在兩個平臺上整合新材料，這兩類平臺都是和硅適配的：一是氮化鈦平臺，用于氮化物基的電子設備；二是氧化釔穩定氧化鋯平臺，用于氧化物基的電子設備。

研究者還特別研發了一系列起到緩沖器作用的薄片，令硅片和相關的新材料產生連接。根據使用材料的種類不同，薄片之間精準的連接也會發生變化。比如，如果使用多鐵性材料，研究者會用四種不同的薄片建立連接：氮化鈦，氧化鎂，氧化鍶和鑭鍶錳氧化物。如若是使用拓撲絕緣體，兩種薄片即可：氧化鎂和氮化鈦。

而這些薄片緩沖器將新型氧化物的晶面與基板相匹配，形成材料之間高效的連接層。基于領域匹配外延的概念，這個方法被因此稱為薄片外延，于2003年第一次被Narayan發表在論文中。

“由于這些新材料與硅片的整合，很多事情也變成了可能，”Narayan聲稱，“舉例而言，我們自己便能感應或者收集數據，操縱數據，甚至計算出最合適的應答——所有這些通過一個簡潔的芯片得以做到。非常適用于制作更快，更高效但更輕便的設備。”Narayan還提出，另一個潛在的領域是將硅片植入LED，以實現“智能照明”。然而，現有的LED使用藍寶石襯底，目前并不能直接和計算機設備發生適配。

“我們已為這項集成技術申請了專利，現在就等待著授權給工業合作伙伴。”Narayan這么說道。

原文參考鏈接：Integration of novel materials with silicon chips makes new 'smart' devices possible

文獻鏈接：Multifunctional epitaxial systems on silicon substrates （Applied Physics Reviews, 2016; 3 (3): 031301 DOI: 10.1063/1.4955413 ）

本文由編輯部曾慶輝提供素材，張軼潔編譯，點我加入材料人編輯部。