综述文章

• 硅谐振式MEMS加速度计的研究进展及未来展望

  王金涛;刘飞;曹慧通;李陈征;申燕超;王永胜;任天令;

  硅谐振式MEMS加速度计具有体积小、精度高、功耗低和抗干扰能力强等优点，是一种应用前景良好的高精度MEMS惯性仪表，可广泛应用于惯性导航、地震监测和重力测量等领域。本文总结分析了国内外主要科研机构关于硅谐振式MEMS加速度计的最新研究进展，探讨了优化硅谐振式MEMS加速度计性能的关键技术，包括结构设计、加工工艺、测控电路和封装技术等，最后对硅谐振式MEMS加速度计的未来发展方向进行了展望。

  2025年02期 v.31 71-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1814K]
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• 声学超材料中的智能设计：从优化到逆向设计

  杭银;李秋彤;刘艳;解丽丽;吴新锋;

  声学超材料(Acoustic Metamaterials,AMs)具有独特的声学属性和物理性质，是声学领域中的重要发展方向。其耗时的设计过程和资源浪费，传统设计方法因已不再适应AMs设计的实际需求。人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术的出现引发了对AMs智能设计的研究热潮，AI已成为设计AMs结构的一种新方法。本文首先以机器学习(Machine Learning,ML)和智能优化算法(Intelligent Optimization Algorithm,IOA)为切入点，介绍了广泛应用于AMs智能设计的AI技术，具体包括ML和IOA的分类与研究进展。接着，重点探讨了AI技术在AMs智能设计中的应用潜力，尤其是结构优化和逆向设计方面的研究现状。最后，本文分析了现有技术在该领域所面临的困难和瓶颈，并对未来进行了展望。

  2025年02期 v.31 88-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
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研究论文

• 基于一维光子晶体阵列的混合集成低功耗光开关设计与仿真

  朱葳;郭丽君;崔健;朱炳达;耿玮辰;

  本文提出了一种硅基波导与相变材料混合集成的周期性光子晶体新结构，用以构建光开关器件。该器件创新性地在硅波导中嵌入一维光子晶体结构，并在其纳米级圆孔中填充锗锑硒碲（Ge-Sb-Se-Te, GSST）相变材料。通过调控GSST材料的晶态，可实现对双模式光传输的动态调控。理论分析表明，硅波导与相变材料的协同作用可显著提升硅基光电子器件的响应速度，并降低其功耗。采用三维时域有限差分法（Finite-Difference-Time-Domain,FDTD）对器件的光电特性进行了系统性仿真优化，结果表明：当GSST处于晶态时，在TE和TM模式下的归一化输出功率分别为0.001 632和0.000 820，插入损耗分别为-27.87 dB和-30.86 dB；而在非晶态下，两种偏振模式下的插入损耗均可忽略不计。这种基于光子晶体-相变材料复合结构的可重构光开关，为下一代低功耗、高速光互连系统提供了新的器件解决方案。

  2025年02期 v.31 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 991K]
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• 基于SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺的全光突触用于模式识别的研究

  杜婷婷;黄伟龙;陈耿旭;

  传统上用于模式识别的神经形态器件大多基于电信号，存在带宽受限、电阻电容延迟和电流串扰等问题，会导致图像产生失真，进而严重影响模式识别的结果。因此，避免电信号带来的信号串扰等问题以保证后续模式识别结果的有效性至关重要。与电信号相比，光信号具有运算速度快、抗干扰能力强、能量损失小等优点。本文提出了基于磷光材料的单层全光器件，成功模拟了兴奋性突触后光强（EPSI）和双脉冲易化（PPF）等类似生物突触的基本功能。该器件可以处理视觉信息并产生类似突触的发光输出，以实现光在信息显示、信息识别中的多样化利用。最后，利用MNIST数据集对手写数字进行识别，获得了97.36%的模式识别准确率。

  2025年02期 v.31 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1252K]
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• 基于手性有机小分子材料的圆偏振光电突触二极管器件

  黄伟龙;陈惠鹏;

  随着数字化进程的持续推进，光信号处理的复杂度急剧攀升。在单一器件上实现对光信号的多功能、可切换处理，已成为一项重要的研究目标。基于此，我们成功研发出一种基于手性有机小分子材料的光电二极管器件。该器件能够在负电压或零电压条件下高精度地区分不同旋向的圆偏振光，表现出优异的圆偏振光探测性能。当切换至正偏压状态时，器件在界面层出现电荷累积现象，使得界面电导率发生变化，从而产生突触效应。该器件的双模式切换特性突破了传统光电器件的功能单一性限制，其创新设计结合了手性材料的光电协同调控与突触仿生机制，为光通信、智能感知与神经形态计算等领域提供了多功能集成化的解决方案，展现出推动新一代光电技术发展的潜力。

  2025年02期 v.31 113-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1078K]
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• 钛酸钡铁电隧道结的极化翻转动力学研究

  张占凤;邓曹状;王辰熙;朱敏敏;

  本文针对冯·诺依曼架构中存在的处理器与存储器间数据传输瓶颈所导致的高能耗和低效率问题，探索了基于铁电隧道结的神经形态计算解决方案。铁电隧道结因其独特的极化翻转特性而具备神经形态计算所需的物理基础，其极化翻转的统计行为直接决定器件性能。本文以钛酸钡铁电隧道结存储器为模型，采用结合非均匀场机制理论的自研相场模拟技术，重点探讨了机械边界条件对极化翻转统计行为的调控机制。研究结果表明，由于上下电极材料与铁电层之间的晶格失配所产生的非均匀应力分布，会显著调制铁电层的极化翻转特性：铁电隧道结相比上表面无夹持的原生薄膜，表现出更快的极化翻转速度和更高的非均匀性，显著提升了神经形态计算性能。我们的研究表明，非均匀应力对铁电隧道结在神经形态计算中的应用具有积极影响。这一发现对优化神经形态计算器件的性能具有重要意义。

  2025年02期 v.31 121-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1899K]
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• 基于PSO-RBF的MEMS压力传感器温度补偿及选点优化

  张晋熙;肖承翔;潘康华;陈立国;王冰;李根梓;

  微机电系统（MEMS）压力传感器是一种基于MEMS技术制造的压力测量器件，广泛应用于工业、汽车、消费电子、医疗等领域。与传统的压力传感器相比，MEMS压力传感器具备小型化、高精度、低功耗、成本低等优势。然而，其输出值受温度影响较大，这一问题限制了其在工业生产领域的进一步应用。本研究采用PSO-RBF神经网络对双桥CYG1100系列硅压阻MEMS压力传感器进行了温度补偿，同时对其温度补偿选点进行了优化。在保证一定输出精度的前提下，减少了温度点的选取，提升了MEMS压力传感器温度补偿的效率。本研究的结果，在MEMS压力传感器的测试领域中有着重要意义。

  2025年02期 v.31 130-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1125K]
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• 无基材、可拉伸、高柔韧电热膜的制备和性能研究

  李鹏;郭学彬;张积财;葛慧宪;张涛;

  通过将导电填料添加到聚氨酯基体中，本研究制备了一种新型的无基材、可拉伸、且具有高柔韧性的电热膜，并对其结构特性、热稳定性、力学性能及老化性能等方面进行了研究。结果表明，多孔结构的基体和均匀分布的导电填料构建了稳定的导电网络，所得电热膜的导电性和力学性能得到了显著提升，且表现出良好的热稳定性。导电填料含量在10wt%时，电热膜实现了导电性能与力学性能的平衡，并表现出优异的热响应特性；而电热老化和紫外老化均会导致电热膜性能的退化。本研究所设计的具有优异的可拉伸性和柔韧性的电热膜，为电热产品的开发提供了全新的思路。

  2025年02期 v.31 137-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1616K]
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• 《功能材料与器件学报》“先进微纳加工及应用”专题征文通知

  <正>随着科技的迅猛发展，微纳加工技术作为支撑现代科学与工程的重要手段，正在各个领域展现出强大的潜力与应用价值。从半导体制造到柔性电子，从生物医学传感器到能源转换装置，微纳加工技术不仅推动了材料和器件的小型化、集成化，更为新型功能材料和多学科交叉研究提供了强有力的工具。为此，《功能材料与器件学报》编辑部特邀上海交通大学杨卓青教授、臧法珩教授和中国科学院上海微系统与信息技术研究所徐久帅研究员策划了“先进微纳加工及应用”专题，旨在聚焦当前微纳加工技术的前沿发展与创新应用，深入探讨这一领域中的关键科学问题与技术挑战，并展示微纳加工技术在解决复杂工程问题中的独特优势和广阔前景，同时为学术界和工业界搭建一个交流合作的平台。本专题将涵盖但不限于以下几个方向：微纳加工的先进技术与工艺（如光刻、电子束加工、3D打印等），新型微纳结构设计与功能开发，基于微纳加工的柔性电子与传感器，微纳加工在能源器件（如光伏、热电与储能装置）中的应用，以及微纳加工在生物医学领域的最新进展。

  2025年02期 v.31 144页 [查看摘要][在线阅读][下载 130K]
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