。正如几乎是自然界中的铁律，氮络续被视为经典的惰性气体，即使在高温下也无法与镓直接产生反应。新发掘转移了学术界的守旧相识，使得镓的室温氮化相应成为本质，在无需杂乱前驱体成立及发愤扶植的环境下杀青了性能精致的晶体管的直接印制（图5）。古代上博鱼体育，制备GaN薄膜的经典手法时常须要极高的温度，好比MOCVD（约950°C-1050°C）和ALD（250°C），同时，有毒物质经常难以预防，要完竣1nm厚度GaN半导体薄膜保留巨大技巧挑拨。室温印制GaN薄膜技能的出现大大节流了第三代半导体工艺的制备本钱和能耗，这意味着半导格局程可望迎来一个新的起源，这对付半导体摆设行业中的节能减排也具有紧张实质理由（Liquid metal printing opening the way for energy conservation in semiconductor manufacturing industry,Frontiers in Energy, 2022）。

　　近一个世纪从此，半导体寄托其职能优势及产业带头感化，在激动今世科学、技艺和社会优秀方面一连表现着极为吃紧的感化。旺盛至今，半导体行业重要由四代材料驱动。第一代以硅和锗为代表，始于20世纪50岁首；第二代以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）等为主，呈现于20世纪80岁首；第三代紧张是氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC），可追思到20世纪末；第四代则以兴起中的氧化镓(Ga2O3)为代表。半导体行业举止资本、人力和手艺最为浓密的制造业，迄今为止具体扫数经典的半导体滋生技艺，如分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和原子层重积（ALD）等，均严沉依赖于高温执掌和苛刻的真空条目、水电资源，一个芯片制程每每涵盖数十途错乱工序，涉及从最初晶片分娩到生产线上的切割甚至最后的封装、检查和试验等，设施中发作的任何舛错都将导致结果晶片报废以及随后激劝的昌盛吃亏。

　　当前博鱼体育，随着信休技能的飞速兴盛，对高功率、高频率微电子器件提出了史无前例的须要。具有资质性能优势的宽禁带半导体材料脱颖而出，以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表，正凭借其大幅升高电力传输中能源消耗的显明优势，在功率器件和射频器件领域大放异彩，成为全球半导体行业的研究焦点。而行为新型超宽禁带半导体原料氧化镓的呈现也为此带来了新风向，由此制成的功率器件具博鱼体育有高耐压、低花费、高效力、小尺寸等个性，欺骗范畴极广。由于这些身分，第三代、第四代半导体技能成为国际热点和大国技巧角逐的制高点。

　　古代的Ga2O3修设时常受制于努力的摆设成本、庞杂的前驱体兴办及较低的滋生速率问题，使得大界限、低资本及高效力孳乳Ga2O3原料面临极大唆使。而看待半导体而言，要收工大领域使用集体需要p型和n型共同保留，以形成p-n结从而修理MOS、IGBT等效劳器件。可是眼前Ga2O3仅有n型资料，p型Ga2O3材料特别舛讹，局部了对功率更高、散热性更强、平和性更好的大功率器件的完毕。针对这一现状，中科院理化所液态金属与低温生物医学舆论中心提出了全新的执掌方针，首次创办了n型及p型掺杂Ga2O3的一步低温大面积印刷技能（图1）并获得告捷。与传统手法分别，在此新工艺中，半导体的关成与掺杂同时产生，由此省去了多步掺杂工艺的繁琐性和庞杂度，全部历程全体在较低温度下完竣。团队采纳此工艺从液态金属GaInSnCu合金皮相熔体中胜利取得了大面积高质地的Cu掺杂p型Ga2O3。基于印刷的p- Ga2O3薄膜构筑的场效应晶体管(FET)泄漏出精深的电学性能、p导电性以及情况安静性（图2）。别的，体验对印刷的p型和n型Ga2O3举行等离子体管博鱼体育理，进一步进步了Ga2O3外面的电子浓度，在无需古代特地的高温退火治理情况下告捷收工了p型及n型Ga2O3的良好欧姆交锋。言论初度闪现了高本能全印制Ga2O3p-n同质结二极管（图3），并证据其具有出色的整流效应。这一蜕变性的低温一步关成及掺杂Ga2O3半导体薄膜印制工艺，为Ga2O3半导体材料及Ga2O3基电子效力器件的大面积、高质量、范围化可操纵备供给了便捷、高效、低成本的新战略。反应做事克日以Liquid metal gallium-based printing of Cu-doped p-type Ga2O3semiconductor and Ga2O3homojunction diodes为题公布于Applied Physics Reviews上并落选为期刊亮点文章（Featured article），著作协同第一作者为理化所帮助群情员李倩和博士后杜邦登，通讯作者为刘静斟酌员。

　　在稍早少许时刻，该小组还从有别于第三代半导体传统高温建筑计谋的道径启航，成立了在室温下大面积印刷宽禁带超薄GaN半导体的限域氮化反响事理，其具有多数的适闭性，可印制厚度从1 nm到20 nm以上的GaN二维薄膜资料继而构建晶体管，反响服务以Room-temperature printing of ultrathin Quasi-2D GaN semiconductor via liquid metal gallium surface confined nitridation reaction为题楬橥于期刊Advanced Materials Technologies并中选为内封面故事（图4）。作品连合第一作者为李倩助手斟酌员和杜邦登博士后，通讯作者为刘静路论员。行动规模内的首次操练，商酌小组通过引入等离子体介导，使得室温印刷液态金属镓的受限氮化响应成为约略（图4），完竣了最薄达1nm的半导体薄膜的大面积印制，作者们将基于这种技术路径生长GaN的极新化学呼应定义为：

　　理化所团队自本世纪初以来永恒耕种于液态金属物质科学领域，曾于国内外最早提出了液态金属印刷电子学与印刷半导体的理思与技能门径（Direct writing of electronics based on alloy and metal ink (DREAM Ink): A newly emerging area and its impact on energy, environment and health sciences, Frontiers in Energy, vol.6(4), pp. 311-340, 2012），反响工夫也被命名为DREAM Ink（也称梦之墨技巧）。斟酌小组前瞻性提出的基于液态金属印刷与后续拘束（如氧化、氮化、离子注入和更多化学点缀，以及激博鱼体育光、微波或等离子体等补贴）创办半导体如Ga2O3、GaN、In2O3、SnO等以至更多衍生原料、二极管、晶体管、效用器件及集成电途的基础技巧蹊径，频年来逐一获得评释，所研发的有闭液态金属电子成立维持及电子资料产品还冉冉收工了范围化家当欺骗及提高。

　　总的谈来，新兴的液态金属印刷电子及半导体技艺为下一代电子器件、集成电路甚至用户端芯片的疾快成型开垦了一条全新途线，可望给半导体设备业注入新的活力。今后，随着液态金属印刷半导体原料宅眷的不绝扩张及对应建立本领的完整和足够，将促成新一代低成本与节能降耗绿色制造工夫、电子揭发、集成电路、芯片设备、光伏发电、功率器件及新能源汽车等的迭代和前辈，预测会带来吃紧的财富转折。