【研究背景】
高温电子技术是嵌入式电子系统的重要组成部分，因其在航空航天、地热能采集、核能以及自动驾驶等新兴领域的广泛应用而成为研究热点。然而，目前主流的硅基电子设备在超过125°C的温度下往往不可靠，限制了其在高温环境中的应用，尤其是在面对高达500°C的极端条件时，现有的冷却策略往往难以有效实施，这使得高温电子系统的设计与制造面临重大挑战。
鉴于此，宾夕法尼亚大学Deep Jariwala教授团队对高温电子材料和设备进行了深入的综述，探讨了非硅基逻辑和存储技术、非传统金属互连材料及陶瓷封装技术等新兴材料的应用与整合。这些研究表明，通过开发新型材料与技术，可以显著提高电子系统在高温条件下的可靠性与性能。研究者们的工作为未来高温电子系统的设计提供了理论基础和技术路径，展现了高温电子技术在满足现代工业需求方面的潜力。
【图文解读】
（1）总结了高温电子技术的研究现状，分析了现有硅基设备在高温环境下的局限性，特别是在超过125°C时的可靠性问题，指出了现有冷却策略的不足之处，强调了新材料解决方案的重要性。
（2）综述了宽禁带（WBG）半导体、硅外技术（如SOI）及陶瓷封装技术在高温环境中的应用，揭示了这些技术在提高电子系统高温可靠性方面的潜力。
（3）实验通过对不同材料（如WBG半导体、SOI等）的研究，得出了新型高温电子材料的温度适应范围，证明了这些材料可以在超过500°C的环境下运行。
（4）结合材料、封装、互连等多个方面，讨论了高温电子系统实现的挑战，提出了综合的解决方案，推动了材料选择与组件可靠性的发展方向。
（5）最终指出，随着高温电子技术从SOI和SiC发展到更广泛的WBG半导体技术，预计未来将拓展更多应用，并推动新材料的研发与应用。
图1:电子产品和相应封装材料的使用案例和高温范围摘述。
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图3:用于高温操作的宽带隙半导体材料和逻辑器件。
图4:用于高温数字电子设备的非易失性存储器。
图5:用于接触和互连的材料。
图6:用于封装和基板的材料。
图7:器件缩放和制造展望。
【科学启迪】
总之，随着新材料的发现和发展，考虑潜在的温度限制时，必须采取整体化的approach。例如，虽然许多宽禁带（WBG）半导体的固有限制超出了500°C，但通常是封装、互连、接触、电介质和界面等因素决定了实现高温应用的温度限制。尽管面临诸多挑战，预计从SOI和SiC技术到其他宽禁带半导体的高温电子技术的成熟将开启更多应用并推动新材料的发展。
原文详情：Pradhan, D.K., Moore, D.C., Francis, A.M.et al. Materials for high-temperature digital electronics. Nat Rev Mater (2024). https://doi.org/10.1038/s41578-024-00731-9
