本团队是湖北工业大学集成电路与微纳制造特色学科的重要支撑团队，主要依托国家现代产业学院和国家111引智基地等，开展材料设计、薄膜制备、器件工艺、芯片系统集成等方面的基础和前沿研究。目前，面向后摩尔时代芯片高集成、高算力、高可靠的发展需求，通过数理、信息、材料等多学科的交叉融合，解决芯片产业中的关键科技问题。依托高水平产学研平台，开展实用成果转化。团队PI负责人是马新国教授，团队由1名教授，2名副教授，4位博士组成。目前与武汉衍熙微器件、华星光电、九峰山实验室、凡谷电子、敏芯半导体等20余家公司开展深度科研合作。团队常年与清华大学、华中科技大学、香港城市大学海外多所著名高校保持了良好的科研合作关系。我们的目标是：做国际一流的科研，做有实际应用前景的产业。
PI负责人：马新国，男，教授，博士，博士生导师/硕士生导师，湖北省级人才、香江学者、南湖学者，副院长。2010年获华中科技大学电子科学与技术博士学位，先后在清华大学、香港城市大学、德国不莱梅大学、美国密苏里大学堪萨斯分校长期开展科学研究工作。专注于计算材料学、二维材料与类脑器件、射频器件、硅光异质异构等，提出了表/界面形成能精确算法、接触电阻抑制、新型电路架构等多项原创性成果。主持和参加国家自然科学基金、国际合作重点专项等20余项。先后完成的企业项目涉及智能感知探测器、光谱调制器、滤波器等。在ACS Nano、IEICE Electronics、Angew等杂志发表论文120余篇，被引超8100次，5篇为ESI高被引论文，1篇为ESI热点论文，国家专利8项。担任多个学术期刊编委，中国电子学会高级会员，高端芯片产业创新发展联盟理事会理事，湖北省半导体行业协会理事，上海集成电路行业产教融合就业育人联盟专家。获2024年湖北省科学技术（自然）二等奖（排1），2024年科创中国·湖北省优秀项目二等奖（排1），2025年第七届国际材料科学家奖“Best Researcher Award”，2025年陕西省高等学校科学技术研究优秀成果三等奖。连续入选2023和2024年度“全球前2%顶尖科学家榜单”。指导多名本科生获“湖北省大学生科研成果奖”、“优秀毕业论文”等，多名研究生获“校毕业生优秀十佳”、“校研究生优秀学术新星”等称号，以及研究生国家奖学金、企业奖学金等10余次。
团队研究方向：
1、二维材料与类脑器件；
2、射频器件；
3、硅光异质异构集成；
4、先进计算材料学；
5、感知芯片技术
一、二维非对称纳米结构的界面设计与集成电路应用
二维非对称纳米结构的设计及肖特基界面能带调控。思路1：异质结界面外或者界面内适当进行掺杂，产生非对称缺陷结构。具体设计了MoS2(1-x)Se2x/graphene异质结，通过Se在界面内外掺杂位置以及浓度的不同，提出一种调控肖特基势垒的方法；随着硒杂质浓度的提高，可以发现界面π-p杂化使肖特基势垒由n型转变成p型，而且获得的p型肖特基势垒非常低。思路2：通过异质结界面的诱导作用，形成具有极性的表面或者界面。具体设计了不同氧化浓度的WSi2N4/graphene异质结，发现界面吸附的位置具有明显的选择性；通过调控界面层间距离、外电场强度和方向等，阐明了外界作用对结构以及性质影响的关系，提出了改变异质结类型的机理。
Xinguo Ma, Huatin Bo, Xue Gong, Gang Yuan, Zhuo Peng, Jingjing Lu, Qihai Xie. Tunable Schottky barrier of WSi2N4/graphene heterostructure via interface distance and external electric field. Applied Surface Science, 2023: 156385.
Hu J S, Duan W Y, He H, Lv H, Huang C Y, Ma X G*. A promising strategy to tune the schottky barrier of MoS2(1-x)Se2x/graphene heterostructure by asymmetric Se doping. J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 7798–7805.
二、计算材料学方法的优化与探索
引入“机器学习+DFT”研究范式，实现快速科学计算。编译的智能搜寻程序代码，嵌入到当前计算软件中，计算效率提高了一个数量级。过去，晶格失配对界面结合能影响的大小，并没有定量的计算方法，导致结果缺乏可借鉴性。为此，首次提出了一种界面晶格匹配与其应力关系的修正方案，实现晶格失配能从结合能中的剔除，首次精确地获得了界面结合能，为深入研究异质结的稳定性开辟了道路。此外，提出一种全新的高精度晶体表面能计算方法――三重非对称弛豫法，为精确预测表面几何结构和基本性质带来了曙光。
Xu Yuan, Ma Xinguo, Hu Jisong, Xu Ang, Wang Zuoran, Huang Chuyun. Structures and energetics of low-index stoichiometric BiPO4 surfaces. CrystEngComm, 2019, 21, 4730.
Xinguo Ma, Ying Wu, Yanhui Lv, and Yongfa Zhu. Correlation Effects on Lattice Relaxation and Electronic Structure of ZnO within the GGA+U Formalism. J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 26029.
三、智能功能薄膜制备及性能优化
低温相变VO2功能薄膜的制备和相变机理研究。采用溶胶凝胶法制备了不同Mo、Nb掺杂量的VO2薄膜，并对其进行了气氛退火处理。XRD和Raman光谱表明，杂质原子已成功地融入到VO2晶格中。同时，由于取代V4+引起晶格畸变，VO2薄膜的粒径减小。并且XPS光谱显示了掺杂可能诱导V4+转化为V3+，从而影响太阳能调制效率。参杂后VO2薄膜表现出优异的Tvis（73.9%）和ΔTsol（6.4%）。掺杂可以调节VO2薄膜的相变温度，Tc随Mo浓度变化达到-9.7k/at%。同时掺杂可以调节热滞回线的宽度。
Rui Pei, Xinguo Ma*, Changcun Han, Zhifeng Liu, Zhengwang Cheng, Xiaoru Dong. The valence conversion mechanism for Mo-doped VO2 films with enhanced thermochromic properties. Z. Anorg. Allg. Chem., 2022, 648, e202200132.
Zhijie Deng, Xinguo Ma,* Youyou Guo, Changcun Han,* and Mian Jiang. High-Transmittance Nb-Doped Vanadium Dioxide Thin Films: Crystal Structure Evolution and Thermochromic Characteristics. Cryst. Growth Des. 2025, 25, 8, 2518–2528.
四、AlScN压电薄膜及射频器件制造
掌握了13%浓度Sc掺杂AlN薄膜的高质量生长工艺。利用低温分区反应磁控溅射法，以Al0.87Sc0.13为靶材，探索了13% Sc掺杂AlN薄膜的低温制备工艺，成功克服了中浓度Sc掺杂AlN薄膜制备过程中Sc析出的难题，为制备高性能掺杂AlN薄膜提供了新方法和思路。获得了具有c轴取向的、低应力（91 MPa）、高均匀性（膜厚不均匀性低至0.408%）Al0.87Sc0.13N薄膜。获2023年工信部首届企校协同创新大赛二等奖。
实现了FBAR中SiO2薄膜和Mo电极侧壁小角度刻蚀。通过改变刻蚀工艺参数，实现15o~32.4o SiO2薄膜侧壁倾角及17.3o~30.2o Mo电极侧壁倾角（J. Phys.: Conf. Ser., 2022, 2468: 012104），满足FBAR器件中SiO2薄膜和Mo电极侧壁角度的要求。该技术已经用于武汉某公司FBAR器件生产工艺。
Zhengwang Cheng*, Xinhang Wang, Jun Gao, Mei Wang*, Aobo Wang, Huating Bo, Zhenghao Guo, Wei Zou, Xinguo Ma*. Deposition and structural investigation of uniform AlN(100) films at wafer scale through RF magnetron sputtering. Ceramics International, 50, 28601-28608 (2024).
Zhengwang Cheng* , Aobo Wang, Huating Bo, Mei Wang*, Jing He, Wei Zou, and Xinguo Ma*. Preparation and structural investigation of ultra-uniform mo films on a Si/SiO2 wafer by the direct-current magnetron sputtering method. Crystal Growth & Design, 23, 1014 (2023).
马新国, 程正旺, 王妹, 贺晶, 邹维, 邓水全. 适用声波谐振器的磁控溅射制备AlN薄膜优化技术, 材料导报, 37, 21080275-62023 (2023).
