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欢迎阅读IEEE Electron Device Letters 2025年issue10文章推送（第2期/第6期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于新型电子器件与半导体技术，涵盖伊辛机设计、亚太赫兹封装、仿生铁电晶体管、磁声传感器、太赫兹电子枪、磁控管阵列、钙钛矿发光器件、有机存储器、氧化物薄膜晶体管以及氮化镓高电子迁移率晶体管等前沿研究方向。
本期目录
📖 第1篇：基于VGSOT-MTJ的新型P比特单元：面向全并行自旋更新的可重构伊辛机设计
📖 第2篇：面向亚太赫兹有源器件的宽带无引线键合封装新方案
📖 第3篇：仿生铁电自适应晶体管：智能视觉系统的新突破
📖 第4篇：紧凑型自偏置铌酸锂剪切体声波磁场传感器
📖 第5篇：可重复激活钪酸盐阴极在高电流片状束电子枪中的实验验证
📖 第6篇：基于腔外耦合的可扩展磁控管阵列演示
📖 第7篇：埋入式界面调控实现高效蓝色钙钛矿发光二极管
📖 第8篇：铁电栅介质工程实现高性能多级有机晶体管非易失存储器：编程/擦除电压低于10V
📖 第9篇：阴离子阳离子共掺杂提升溶液法制备InSnO基薄膜晶体管的光照稳定性
📖 第10篇：降低去极化场效应：铁电氮化镓高电子迁移率晶体管的可靠性提升
📖 第1篇
📌 基于VGSOT-MTJ的新型P比特单元：面向全并行自旋更新的可重构伊辛机设计
A Novel P-bit Unit Based on VGSOT-MTJ for Reconfigurable Ising Machine With Fully Parallel Spin Updating Design
作者：Wentao Huang，Kaili Zhang，Junlin Wang，Yu Liu，Bolin Zhang，Youguang Zhang，Weisheng Zhao，Lang Zeng，Deming Zhang
在当今计算领域，非确定性多项式困难（NP-hard）组合优化问题的求解一直是传统计算架构面临的重大挑战。伊辛机（Ising Machine）作为一种新兴的计算范式，为解决这类问题提供了全新思路。本文提出了一种基于电压控制磁各向异性（VCMA）和自旋轨道转矩（SOT）的磁隧道结（MTJ）新型概率比特（p-bit）器件，为构建高性能伊辛机提供了创新解决方案。
该VGSOT-MTJ p-bit器件采用IrMn/CoFeB/MgO/CoFeB结构，通过施加外部电压脉冲实现磁化矢量的精确控制。研究显示，该器件单次操作能耗仅为约33飞焦/比特，显著优于传统设计。器件输出概率呈现典型的S型特征曲线，符合p-bit的动态特性要求。经NIST统计测试验证，产生的随机数具有良好的随机性，为密码学与安全通信应用奠定基础。
研究团队创新地提出了自耦合规则，解决传统伊辛网络中p-bit异步更新技术难题。该规则确保系统哈密顿量能够收敛到基态，同时保持玻尔兹曼分布特性。仿真13×26顶点最大割问题，网络仅经过1600次迭代即实现快速收敛，错误率降至1.58%。
为实现更高通用性，团队开发了全自旋可重构伊辛机架构，基于MTJ阵列耦合，可灵活切换不同组合优化问题。系统实现了可逆布尔逻辑门功能重构，在可逆AND和OR逻辑操作中达到了95%的峰值准确率。这种架构仅需重写MTJ电阻状态，无需专门处理器。
该研究展现出三大优势：通过状态切换机制有效减轻读取干扰，提升器件可靠性；读写路径分离设计大幅提升器件耐久性；低能耗与高速切换特性，适合高性能计算应用。此突破为开发高速、低功耗通用伊辛机提供有力硬件方案，预期在组合优化、人工智能和边缘计算领域发挥重要作用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124911
📖 第2篇
📌 面向亚太赫兹有源器件的宽带无引线键合封装新方案
A Wideband and Wire-Bonding-Free Packaging Concept for Sub-Terahertz Active Devices
作者：Gang Gao，Ziqiao Zhou，Haolin Li，Zhiqiang Li，Weihua Yu
亚太赫兹（sub-THz）频段以其宽带宽与短波长特性，在高速通信、无损检测和生物医学领域展现巨大潜力。封装集成面临严峻挑战，传统引线键合技术在高频段产生显著寄生效应和辐射损耗，严重制约性能。
本文提出创新无引线键合封装方案，采用底部图案化金属带的石英基板（“翻转石英结构”），实现芯片与平面传输线直接宽带互连。此设计利用石英基板低损耗特性与光学透明性，降低传输损耗，便于精确定位。
封装结构包含耦合段和互连段。耦合段采用Y形准八木天线探针，将WR-6波导模式转换为微带线模式。该端射结构避免波导弯曲，更适合在线应用。为抑制高阶腔模并提高耦合效率，设计中在耦合探针上方设置了电磁带隙结构。
互连段通过阻抗变换器将50欧姆微带线转换为接地共面波导，经翻转石英结构与芯片互连。石英基板底部金属带地-信号-地配置确保GCPW与芯片间稳固地连续性。仿真显示110-170 GHz频段插入损耗低于1.2 dB，且对20微米以内的对准误差不敏感。
为验证封装概念，设计、制作并测试了D波段功率放大器模块。测量结果表明小信号增益大于19 dB，饱和输出功率超17 dBm，平均插入损耗维持在1.2 dB以下，与晶圆测量高度一致。热仿真显示模块最高温稳定约47°C，展现良好热管理能力。
该技术在带宽和插入损耗方面均显著优于现有方案，同时具备成本效益高、易实现等优势，为未来亚太赫兹系统集成提供有前景的解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124851
📖 第3篇
📌 仿生铁电自适应晶体管：智能视觉系统的新突破
Bio-Inspired Ferroelectric Adaptive Transistors for Intelligent Vision Systems
作者：Yongkai Liu，Aolin Yuan，Ruihong Yuan，Pei Liu，Zhe Qu，Kangli Xu，Jiajie Yu，Zhenhai Li，Jialin Meng，Hao Zhu，Qingqing Sun，David Wei Zhang，Tianyu Wang，Lin Chen
传统机器视觉系统面临数据处理效率低、时空信息分离及能耗高等挑战。本文提出基于免退火HZO铁电薄膜的仿生铁电自适应晶体管（FeTFT）。该器件实现最低制备温度，表现卓越：开关比高达3.8×10^9，存储窗口达2.86V。
FeTFT采用MFMFS架构，铁电层为HZO，沟道材料为超薄InO_x。无后沉积退火，最高工艺温度不超280°C，为目前铪基FeTFT最低制备温度。透射电镜显示，即使未经热退火，HZO薄膜呈良好原子有序排列及清晰衍射斑点，印证低热预算方案可行性。
器件展现优异电学特性：转移曲线体现高开关比和宽存储窗口，耐久性与保持特性测试证明其复杂环境下稳定。20个器件存储窗口标准差仅3.71%，制备工艺一致性良好。相较文献，FeTFT多方面优势显著。
依托InO_x沟道优良光吸收能力，FeTFT对250-350nm紫外光表现明显响应，310nm光照下传感能力最强。将源漏电流视为突触后电流，验证FeTFT作为人工光电突触潜力。调节光脉冲时序及频率，实现兴奋性突触后电流逐渐增强，表现短时转长时记忆。配对脉冲易化测试证实记忆促进特性。
重要的是，FeTFT通过铁电极化动态重构实现生物自适应，取代传统栅压控制。单个栅极电脉冲可改变极化方向，显著调节光响应与保持特性。双指数衰减函数拟合时间参数显示，“向上”极化加速衰减，“向下”极化减缓衰减，体现可逆调制赋予动态适应能力。
基于FeTFT紫外敏感特性，构建面向火灾识别的智能视觉系统。过曝/欠曝条件下，通过极化梯度调制实现明暗火源精准感知。系统结合时空信息融合与卷积神经网络，实现八方向火焰运动轨迹100%准确率及三种运动速度区分。
该研究构建极化工程调控的智能视觉感知新范式，提供低功耗、动态自适应的仿生智能视觉创新方案。FeTFT低热预算工艺兼容后端工艺热限制，为下一代神经形态视觉系统实际应用奠基。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11121900
📖 第4篇
📌 紧凑型自偏置铌酸锂剪切体声波磁场传感器
Compact and Self-Biased LiNbO3 Shear Bulk Acoustic Wave Magnetic Field Sensor
作者：Kailin Li，Chenye Zhang，Shiyan Ma，Chiyuan Wang，Jianle Liu，Yuxin Cheng，Dengfeng Ju，Peng Yu，Xianfeng Liang，Tianling Ren，Tianxiang Nan
磁声磁场传感器结合声波谐振器及磁致伸缩薄膜技术，具备体积小和灵敏度高优点，适用未来植入式生物磁传感。清华大学团队报道创新紧凑型自偏置剪切体声波磁场传感器，采用悬浮Al/LiNbO3/Fe70.4Ga17.6B12多层结构，性能卓越。
传统磁声传感器存在尺寸与灵敏度权衡：表面声波传感器灵敏度高但尺寸大，体声波传感器尺寸紧凑但灵敏度有限，纳米板谐振器折衷有限且受磁性薄膜残余应力约束。通常需外加偏置磁场以达最佳灵敏度，增加系统复杂与功耗。
研究首次引入基于铌酸锂薄膜的剪切体声波模式于磁声磁场传感领域。传感器采用X切向铌酸锂材料，产面内位移，层叠结构为Al/LiNbO3/Al/FeGaB/Pt，磁致伸缩区域尺寸仅为60μm×50μm，集成度高。铌酸锂高介电常数与强机电耦合确保高电容密度及低谐振阻抗，支持紧凑设计。
核心创新为通过布局设计实现自偏置特性。声波振动方向与磁各向异性轴错位20°，令传感器零外加磁场下即可正常工作。此巧妙设计充分利用剪切体声波面内各向异性，无需额外堆叠层或外场处理，简化工艺。
实验表明，该传感器零场附近表现卓越：频率灵敏度达到156.85 kHz/Oe，振幅灵敏度为2.55 dB/Oe，相位灵敏度为19.85°/Oe。检测限估计为24.6 nT/√Hz，性能源自剪切体声波模式通过ΔE效应实现强磁弹性耦合。
此研究为高性能磁声传感器设计提供新范式，紧凑尺寸、自偏置及高灵敏度特性使其在生物医学植入、便携传感平台及芯片级仪器领域具广阔前景。优化铌酸锂和FeGaB层厚度及错位角有望进一步提升性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11133605
📖 第5篇
📌 可重复激活钪酸盐阴极在高电流片状束电子枪中的实验验证
Demonstration of a Re-Activatable Scandate Cathode for a High-Current Sheet Beam Electron Gun
作者：Zhifang Lyu，Shengkun Jiang，Yasong Fan，Dejun Jin，Jibo Dong，Huarong Gong，Yubin Gong，Jiasong Wang，Pan Pan，Jinjun Feng，Zhaoyun Duan
太赫兹片状束行波管作为重要高功率太赫兹辐射源，对电子枪性能要求严苛。传统钪酸盐阴极因吸湿性强、重复激活能力差，严重限制在片状束电子枪应用。本文通过创新材料合成及优化结构，开发出优异重复激活性能钪酸盐阴极，集成至高电流片状束电子枪。
采用改进的聚丙烯酰胺辅助溶胶-凝胶法，合成由β-Ba2ScAlO5和Ba3Al2O6组成的高纯度发射活性材料。与传统固相掺杂及液相共沉淀法相比，新法实现精准化学计量及更高纯度。发射材料浸渍于孔隙密度达8×10⁴孔/mm²多孔钨基体，在1250°C进行阶梯式加热激活，形成低功函数表面。
实验显示，阴极空气暴露1000小时质量增益仅为0.005%，吸湿性极低。1140°C工作温度下，发射电流密度达42 A/cm²，满足高电流片状束电子枪需求。三次空气暴露-抽真空-再激活循环测试，阴极性能变化不超5%，验证出色重复激活能力。
电子枪采用紧凑三极管设计，含圆形钪酸盐阴极、阶梯椭圆聚焦电极与阳极。CST软件优化聚焦电极阶梯结构产生渐变横向静电场，实现25:1面积压缩比。阴极温度1140°C，束电压24.6kV，电子枪产生峰值电流189mA片状束，束腰尺寸仅0.52mm×0.06mm。
该研究突破传统钪酸盐阴极重复激活瓶颈，为太赫兹真空电子器件发展带来关键技术支撑。未来将重点优化材料组分，降低杂质含量，进一步提升性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11126116
📖 第6篇
📌 基于腔外耦合的可扩展磁控管阵列演示
Demonstration of a Scalable Magnetron Array Through Extracavity Coupling
作者：Wenlong Li，Hailong Li，Wanshan Hou，Hui Wang，Yu Qin，Haixia Liu，Licun Wang，Bo Li，Changnian Li，Maoyan Wang，Liangjie Bi，Bin Wang，Yong Yin，Lin Meng
电子科技大学团队最新成果首次实现基于腔外耦合的五磁控管高效率相位锁定，为大功率微波阵列应用开创新纪元。
高功率微波（HPM）源广泛应用于通信、工业、国防及医疗领域。单源辐射功率受限，构建多源阵列突破瓶颈。频率控制及相位锁定技术是提升功率合成效率关键。传统方法依赖物理刚性连接，面临空间限制和复杂系统设计难题。
本文提出基于模块化设计的腔外耦合相位锁定方案。系统透过环形串联耦合拓扑，将五磁控管分为三磁控管与二磁控管两个模块，通过外部波导实现有效耦合。无须结构改造，开发周期大幅缩短，技术实现更可行。
实验验证五磁控管在2.462 GHz频率下稳定锁定。时间域信号分析显示，非相邻磁控管相位差持续维持稳定，脉冲相位波动控制在±4°范围。整体相位锁定效率达87.8%，输出功率分别达到2675W至2761W。
创新点包括首次实现多磁控管基于腔外耦合相位锁定、模块化组装策略提升系统灵活性与可扩展性、环形串联耦合拓扑为大功率微波阵列奠基。该设计特别适合大规模阵列，支持更高功率与更大规模相位锁定。
该成果推动高功率微波技术发展，为通信、工业及国防微波系统设计提供创新思路，模块化设计降低扩展门槛，为大规模相位锁定阵列开辟新路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11134420
📖 第7篇
📌 埋入式界面调控实现高效蓝色钙钛矿发光二极管
Efficient Blue Perovskite Light-Emitting Diodes Enabled by Buried Interlayer Modulation
作者：Nan Wang，Sitao Huo，Lingmei Kong，Yuanzhi Wang，Xiaofei Zhang，Jie Feng，Lin Wang，Ting Hu，Xuyong Yang
钙钛矿发光二极管（PeLEDs）因优异光电性能，在新一代显示与照明领域展现巨大潜力。然而，蓝色PeLEDs性能远低于绿色与红色，主要因空穴注入效率低及严重陷阱辅助非辐射复合问题。
本文创新性提出埋入式界面调控策略，在空穴传输层与钙钛矿发光层间插入硫酸胍（GS）中间层。GS分子中S=O官能团与钙钛矿未配位铅离子形成配位键，抑制界面非辐射复合；氨基通过氢键与卤素阴离子作用，显著提升空穴注入效率。
实验显示，GS界面修饰钙钛矿薄膜光学性能显著提升。光致发光强度增强，平均寿命从7.39纳秒延长至18.09纳秒，证明非辐射复合有效抑制。SEM与AFM表征揭示覆盖性优异且晶粒均匀，表面粗糙度由0.58纳米降至0.21纳米。
XRD分析显示GS界面增强钙钛矿薄膜结晶质量。核磁共振、傅里叶红外及XPS谱揭示GS分子双重相互作用机理：S=O与铅离子配位键，氨基与卤素离子氢键，共同实现高效缺陷钝化。
器件性能测试显示，GS调控蓝色PeLEDs在478纳米波长实现15.5%的最大外量子效率，最大亮度达1770 cd/m²，分别是参考器件的1.7倍和2.9倍。工作稳定性显著提升，半衰期达112分钟，提升10倍。
本研究提供解决蓝光PeLED性能瓶颈的有效策略，为全彩显示应用奠定基础。通过简单界面工程实现缺陷钝化与电荷传输平衡，为高性能钙钛矿光电器件开发提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11112623
📖 第8篇
📌 铁电栅介质工程实现高性能多级有机晶体管非易失存储器：编程/擦除电压低于10V
Engineering Ferroelectric Gate Dielectric to Achieve High-Performance Multilevel Organic Transistor Nonvolatile Memories With the Programming/Erasing Voltages Below 10 V
作者：Zhenxiang Yan，Zebing Fang，Yijie Lin，Wei Wang
随着物联网、人工智能和大数据技术发展，传统硅基二进制器件在数据处理与存储面临物理极限。多值逻辑与多级存储技术成为提升效率与容量关键。但现有多级薄膜晶体管非易失存储器（NVMs）存在编程/擦除电压高（30-200V）与操作速度慢（100ms-2s）瓶颈，限制应用。
本文创新设计了铁电栅介质结构，开发高性能四电平有机薄膜晶体管（OTFT）非易失存储器。采用P(VDF-TrFE-CTFE)铁电聚合物作为栅介质，加入PVPy缓冲层，形成优化双层栅介质结构，有效解决传统高压与低速矛盾。
实验结果显示，器件在±10V低电压与2ms短脉冲条件下，实现出色四电平存储性能。展现出超过1000次循环耐久性及10000秒稳定保持。相邻存储状态电流比达一个数量级，防止误读。40个器件表现出良好一致性。
机理显示，优异性能源于铁电材料快速极化反转。P(VDF-TrFE-CTFE)矫顽场低（12.5V/μm），支持快速低压操作。PVPy层提升沟道/介面质量，载流子迁移率达0.92-1.16 cm²/Vs，同时确保较大存储电流比。AFM与表面能分析证实改善有机半导体生长，减少晶界影响。
相较文献多级TFT存储器，研究实现最低工作电压与更快编程/擦除。80℃高温下，器件仍展现稳定四电平存储，操作可靠。成果为高速、高容量非易失存储提供新路线，在柔性电子与物联网领域具重要价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11115082
📖 第9篇
📌 阴离子阳离子共掺杂提升溶液法制备InSnO基薄膜晶体管的光照稳定性
Enhanced Illumination Stability of Solution-Processed Oxide Thin Film Transistor by Anion and Cation Co-Doping InSnO-Based Channel
作者：Meng Xu，Sunjie Hu，Longlong Chen，Xifeng Li，Jianhua Zhang
溶液法制备氧化物薄膜晶体管（TFT）以其成本效益在先进显示背板中受重视，但存在明显器件性能及光照稳定性不足问题。本文创新提出阴离子与阳离子共掺杂策略，成功制备顶栅结构的钨-氟共掺杂铟锡氧化物（WITOF）TFT。
通过精准调控W-F共掺杂比例，实现性能突破。优化WITOF TFT表现优异电学性能：迁移率达6.94 cm²/V·s，开关比超10⁶，阈值电压接近零（0.04V）。负偏压光照应力（NBIS）测试体现卓越稳定性，阈值漂移仅-0.102V。
性能提升源于两机制：钨阳离子掺杂形成稳定W-O化学键，抑制氧空位；氟阴离子实现残余氧空位有效钝化。XPS证实W-F共掺杂将氧空位浓度从23.1%降至7%，根本解决高迁移率与光照稳定性矛盾。
微观结构表征显示WITOF薄膜呈非晶态，光透过率超85%，光学带隙扩大至3.40eV。该结构保证器件均匀性，降低载流子散射，优化电荷传输。C-V测试验证W-F减界面态密度，提升稳定性。
研究创新价值体现在：一为WITOF材料体系为高性能氧化物TFT提供理想沟道材料；二为阴离子-阳离子共掺杂策略提供通用离子工程框架。成果推进透明电子发展，为高光照环境下显示技术稳态运行提供可靠保障。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124883
📖 第10篇
📌 降低去极化场效应：铁电氮化镓高电子迁移率晶体管的可靠性提升
Enhanced Reliability of Ferroelectric GaN HEMTs With Reduced Depolarization-Field Effect
作者：Hyeong Jun Joo，Gyuhyung Lee，Yoojin Lim，Brendan Hanrahan，Geonwook Yoo
本文通过优化铁电氮化镓高电子迁移率晶体管（FeHEMT）栅极结构，显著提升器件可靠性。首次系统分析AlGaN势垒层去极化场效应对铁电性能影响机制。
采用AlScN/HfO2栅堆栈结构，制备凹槽栅与非凹槽栅两类FeHEMT。凹槽栅通过减薄AlGaN厚度，有效降低去极化场，使记忆窗口从1.4V增至2.55V，阈值电压调节幅度达3.5V。结构优化增强AlScN铁电极化翻转效率，改善二维电子气积累。
基于快速脉冲I-V测试，成功排除AlScN铁电切换干扰，精准评估AlGaN去极化场对性能影响。凹槽栅展现优异保持特性，擦除脉冲下维持超过5秒稳定性能；非凹槽迅速退化。耐久性测试中，凹槽栅实现逾1000次循环稳定开关，远超非凹槽的20次限制。
创新点为首次揭示AlGaN势垒层去极化场与铁电性能关联，结构工程成功抑制该效应。金属-铁电-金属电容测试验证电压依赖耐久性，为理解界面极化相互作用提供基础。
此突破为氮化镓基存储器及神经形态器件发展奠基，尤其在高可靠和能效场景展露潜力。凹槽栅FeHEMT结构为实现下一代非易失存储和可重构逻辑提供新技术路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11126029
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