Three-dimensional (3D) integrated circuits (ICs), which contain multiple layers of active devices, have the potential to dramatically enhance chip performance, functionality, and device packing density. They also provide for microchip architecture and may facilitate the integration of heterogeneous materials, devices, and signals. However, before these advantages can be realized, key technology challenges of 3D ICs must be addressed. More specifically, the processes required to build circuits with multiple layers of active devices must be compatible with current state-of-the-art silicon processing technology. These processes must also show manufacturability, i.e., reliability, good yield, maturity, and reasonable cost. To meet these requirements, IBM has introduced a scheme for building 3D ICs based on the layer transfer of functional circuits, and many process and design innovations have been implemented. This paper reviews the process steps and design aspects that were developed at IBM to enable the formation of stacked device layers. Details regarding an optimized layer transfer process are presented, including the descriptions of 1) a glass substrate process to enable through-wafer alignment; 2) oxide fusion bonding and wafer bow compensation methods for improved alignment tolerance during bonding; 3) and a single-damascene patterning and metallization method for the creation of high-aspect-ratio (6:1 < AR < 11:1) contacts between two stacked device layers. This process provides the shortest distance between the stacked layers (<2 µm), the highest interconnection density (>10 8 vias/cm 2 ), and extremely aggressive wafer-to-wafer alignment (submicron) capability.

In this paper, for the first time we demonstrate that horizontally stacked gate-all-around (GAA) Nanosheet structure is a good candidate for the replacement of FinFET at the 5nm technology node and beyond. It offers increased W eff per active footprint and better performance compared to FinFET, and with a less complex patterning strategy, leveraging EUV lithography. Good electrostatics are reported at L g =12nm and aggressive 44/48nm CPP (Contacted Poly Pitch) ground rules. We demonstrate work function metal (WFM) replacement and multiple threshold voltages, compatible with aggressive sheet to sheet spacing for wide stacked sheets. Stiction of sheets in long-channel devices is eliminated. Dielectric isolation is shown on standard bulk substrate for sub-sheet leakage control. Wrap-around contact (WAC) is evaluated for extrinsic resistance reduction.

Monoclinic lithium vanadium phosphate, α-Li3V2(PO4)3, is a highly promising material proposed as a cathode for lithium-ion batteries. It possesses both good ion mobility and high lithium capacity because of its ability to reversibly extract all three lithium ions from the lattice. Here, using a combination of neutron diffraction and 7Li MAS NMR studies, we are able to correlate the structural features in the series of single-phase materials Li3-yV2(PO4)3 with the electrochemical voltage−composition profile. A combination of charge ordering on the vanadium sites and lithium ordering/disordering among lattice sites is responsible for the features in the electrochemical curve, including the observed hysteresis. Importantly, this work highlights the importance of ion−ion interactions in determining phase transitions in these materials.

Purpose: The aim was to determine effects of diluent monomer and monocalcium phosphate monohydrate (MCPM) on polymerization kinetics and volumetric stability, apatite precipitation, strontium release and fatigue of novel dual-paste composites for vertebroplasty. Materials and methods: Polypropylene (PPGDMA) or triethylene (TEGDMA) glycol dimethacrylates (25 wt%) diluents were combined with urethane dimethacrylate (70 wt%) and hydroxyethyl methacrylate (5 wt%). 70 wt% filler containing glass particles, glass fibers (20 wt%) and polylysine (5 wt%) was added. Benzoyl peroxide and MCPM (10 or 20 wt%) or N-tolyglycine glycidyl methacrylate and tristrontium phosphate (15 wt%) were included to give initiator or activator pastes. Commercial PMMA (Simplex) and bone composite (Cortoss) were used for comparison. ATR-FTIR was used to determine thermal activated polymerization kinetics of initiator pastes at 50-80 ?C. Paste stability, following storage at 4-37 ?C, was assessed visually or through mixed paste polymerization kinetics at 25 ?C. Polymerization shrinkage and heat generation were calculated from final monomer conversions. Subsequent expansion and surface apatite precipitation in simulated body fluid (SBF) were assessed gravimetrically and via SEM. Strontium release into water was assessed using ICP-MS. Biaxial flexural strength (BFS) and fatigue properties were determined at 37 ?C after 4 weeks in SBF. Results: Polymerization profiles all exhibited an inhibition time before polymerization as predicted by free radical polymerization mechanisms. Initiator paste inhibition times and maximum reaction rates were described well by Arrhenius plots. Plot extrapolation, however, underestimated lower temperature paste stability. Replacement of TEGDMA by PPGDMA, enhanced paste stability, final monomer conversion, water-sorption induced expansion and strontium release but reduced polymerisation shrinkage and heat generation. Increasing MCPM level enhanced volume expansion, surface apatite precipitation and strontium release. Although the experimental composite flexural strengths were lower compared to those of commercially available Simplex, the extrapolated low load fatigue lives of all materials were comparable. Conclusions: Increased inhibition times at high temperature give longer predicted shelf-life whilst stability of mixed paste inhibition times is important for consistent clinical application. Increased volumetric stability, strontium release and apatite formation should encourage bone integration. Replacing TEGDMA by PPGDMA and increasing MCPM could therefore increase suitability of the above novel bone composites for vertebroplasty. Long fatigue lives of the composites may also ensure long-term durability of the materials.

This investigation developed new composite bone cements using urethane dimethacrylate (UDMA), poly(propylene glycol) dimethacrylate (PPGDMA), and hydroxyethyl methacrylate (HEMA), with micrometer-sized aluminosilicate glass filler. Monocalcium phosphate monohydrate (MCPM) and hydroxyapatite (HA) particles were added to enhance biological performance, particularly osteo-immunomodulation. Free radical polymerization was triggered by mixing two pastes containing either benzoyl peroxide (BPO, an initiator) or N-tolyglycine glycidyl methacrylate (NTGGMA, an activator). Increasing butylated hydroxytoluene (BHT, an inhibitor) enabled a suitable delay after mixing at 25 °C for placement. At 37 °C, the delay time was reduced and the final conversion was enhanced. Findings also demonstrated the biocompatibility of the developed bone cement toward osteo-immunological cell lineages, including mesenchymal stem cells (MSCs), fibroblasts, osteoclast precursor RAW 246.7 cells, and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Notably, the cement with both MCPM and HA combined facilitated sufficient MSC growth, enabling subsequent mineralization while concurrently suppressing the proliferation of fibroblasts, osteoclast progenitors, and PBMCs. Furthermore, composite cement exhibited the capacity to differentially regulate osteoblast differentiation, cell-(in)dependent mineralization, osteoclastogenesis, and PBMC-mediated inflammatory responses at both cellular and molecular levels in vitro. These observations suggested their potential use for bone repair, especially in cases of inflammation-associated bone defects.

Abstract Background Low mechanical properties are the main limitation of glass ionomer cements (GICs). The incorporation of elastomeric micelles is expected to enhance the strength of GICs without detrimentally affecting their physical properties and biocompatibility. This study compared the chemical and mechanical properties, as well as the cytotoxicity, of elastomeric micelles-containing glass ionomer cement (DeltaFil, DT) with commonly used materials, including EQUIA Forte Fil (EF), Fuji IX GP Extra (F9), and Ketac Molar (KT). Method Powder particles of GICs were examined with SEM-EDX. Setting kinetics were assessed using ATR-FTIR. Biaxial flexural strength/modulus and Vickers surface microhardness were measured after immersion in water for 24 h and 4 weeks. The release of F, Al, Sr, and P in water over 8 weeks was analyzed using a fluoride-specific electrode and ICP-OES. The toxicity of the material extract on mouse fibroblasts was also evaluated. Results High fluoride levels in the powder were detected with EF and F9. DT demonstrated an initial delay followed by a faster acid reaction compared to other cements, suggesting an improved snap set. DT also exhibited superior flexural strength than other materials at both 24 h and 4 weeks but lower surface microhardness ( p < 0.05). EF and F9 showed higher release of F, Al, and P than DT and KT. There was no statistically significant difference in fibroblast viability among the tested materials ( p > 0.05). Conclusions Elastomeric micelles-containing glass ionomer cement (DT) exhibited satisfactory mechanical properties and cytocompatibility compared with other materials. DT could, therefore, potentially be considered an alternative high-strength GIC for load-bearing restorations.

This study aimed to develop ion-releasing and antibacterial resin-based dental sealants comprising 3 to 6 wt% monocalcium phosphate monohydrate (MCPM, M), 3 to 6 wt% bioactive glass (BAG, B), and 3 to 6 wt% polylysine (PLS, P). The physical properties, mechanical performance, cytotoxicity, and inhibition of S. mutans biofilm by these materials were subsequently evaluated. Five experimental dental sealants were formulated as follows: F1 (M6B6P6), F2 (M6B6P3), F3 (M3B3P6), F4 (M3B3P3), and F5 (M0B0P0, serving as the control). ClinproXT (CP, 3 M, Saint Paul, MN, USA) was used for commercial comparison. The degree of monomer conversion (DC) was determined using attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (n = 5). The biaxial flexural strength (n = 6) and Vickers surface microhardness (n = 5) of the materials were evaluated after a 24-hour immersion in water. The element release over 4 weeks was measured using inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES) (n = 3). The cell viability of mouse fibrosarcoma cells exposed to the extract was assessed via an MTT assay (n = 3). Additionally, the inhibition of S. mutans biofilm was tested (n = 3). Statistical analysis was conducted using one-way ANOVA and the Tukey HSD test. The lowest DC among experimental sealants was obtained from F1 (66 ± 4%), which was significantly higher than CP (54 ± 2%, p < 0.001). The lowest biaxial flexural strength was obtained from F3 (131 ± 47 MPa). This was comparable to that of CP (140 ± 58 MPa, p = 0.992). The lowest surface microhardness among experimental materials was detected with F2 (19 ± 2 Vickers hardness number), which was higher than that of CP (12 ± 1 Vickers hardness number, p = 0.003). Furthermore, high cell viability of > 90% after exposure to extracts from the experimental materials was detected, which was similar to that observed with CP. Additionally, the experimental materials exhibited higher Ca and P release compared to CP and showed a potential trend for reducing S. mutans biofilm formation. Increasing additive concentrations exhibited minimal effects on material properties, except for enhanced elemental release and a slight reduction in BFM with higher PLS content. The experimental sealants provided sufficient physical and mechanical strength and maintained cell viability and bacterial inhibition with higher elemental release than the commercial product.

Platelets play a pivotal role in initiating bone fracture healing. However, the interaction between platelets and bone cements used for fracture repair remains relatively unexplored. This study investigated the platelet response to recently developed urethane dimethacrylate-based bone cements containing 8% (w/w) monocalcium phosphate monohydrate (MCPM) and/or 5% (w/w) ε-polylysine (PLS). All experimental bone cements achieved final monomer conversions of 75–78%, compared with the 86% conversion of the commercial PMMA bone cement Kyphon. The MCPM and PLS microparticles, varying in size, were dispersed within the glass-filler-incorporated polymer matrix. In contrast to Kyphon, all experimental cements exhibited significantly smoother and more hydrophilic surfaces. Bone cements incorporating PLS, with or without MCPM, effectively activated platelets by inducing cellular adhesion, aggregation, and extracellular-signal-regulated kinase (ERK) activation, comparable to Kyphon. Flow cytometry analysis demonstrated a statistically significant increase in CD62P-positive platelets following exposure to PLS-incorporated bone cements and exogenously administered PLS in a concentration-dependent manner, but not with Kyphon. A wound healing assay revealed a 2-fold enhancement in wound closure within 24 h and exceeding 85% at 48 h by bone cements containing PLS, with or without MCPM, and Kyphon. Notably, platelet-derived growth factor BB (PDGF-BB) secretion was significantly elevated, specifically after platelet exposure to PLS-incorporated bone cements, a phenomenon not observed with Kyphon. Interestingly, PDGF-BB neutralization attenuated wound closure induced by the PLS-incorporated bone cements. In conclusion, the urethane dimethacrylate-based bone cements containing PLS demonstrated a significant enhancement in platelet activation and PDGF-BB secretion, which, at least partly, enhanced in vitro wound closure. The results suggest that PDGF-BB plays a crucial role in the PLS-mediated enhancement of wound healing in these bone cements.