本文1020字，阅读约需3分钟

摘要：研究小组通过使用电子显微镜的局域电场观察新方法，成功地直接观察到位于氮化镓(GaN)半导体界面的数纳米区域的二维电子气，由此，二维电子气的高度控制成为了可能，并有望进一步提高晶体管的性能。

关键词：氮化镓(GaN)半导体、二维电子气、GaN/AlInN异质界面、可视化、局域电场观察

研究要点

•在纳米尺度上将积聚在半导体界面上的电子载流子可视化曾经是一件极为困难的事情。

•通过使用电子显微镜的新测量方法，研究小组成功地直接观察到位于氮化镓(GaN)半导体界面的数纳米区域的二维电子气。

•该测量技术将大力推进物质界面等基础研究、高性能半导体器件、量子器件等最前沿材料的研发。

JST（日本科学技术振兴机构）的研究小组成功直接观察到积聚在半导体界面处的二维电子气。

GaN基器件作为一种高效发光二极管（LED）和激光二极管（LD）的材料而广为人知，由于其高介电击穿强度和饱和电子速度，GaN基器件有望用作下一代高频通信器件和功率转换功率器件。特别是高电子迁移率晶体管（HEMT），由于在半导体界面产生了一层被称为二维电子气的积聚电子，可以在该层中高速移动电子，因此在高频工作方面表现出色。这种二维电子气的详细情况对半导体器件的性能极其重要，虽然人们通过实验和理论计算等方面已经能对其进行预测，但多年来一直难以直接观察和确认。

此次，研究小组通过使用电子显微镜的局域电场观察新方法，成功地可视化和量化了在半导体界面的几纳米区域中积聚的二维电子气。由此，二维电子气的高度控制成为了可能，并有望进一步提高晶体管的性能。

该研究成果为半导体器件的界面分析和控制带来创新，例如可以制造控制二维电子气的高性能高频/功率器件，并有望带来突破性的测量技术，从而显着推进最前沿材料和设备的研发。

图1：所观察到的GaN/AlInN异质界面示意图和能带结构示意图。横轴表示距界面的距离。

当导带由于界面处的电荷而弯曲并低于费米能级(EF)时，二维电子气会积聚。此外，在GaN侧产生向左的电场。

图2：GaN/AlInN异质界面的电场观测结果。左图为LM-界面的观测结果，右图为PM-界面的观测结果。

颜色对比度表示电场矢量的方向，如图所示。在界面处观察到红色对比度（向右的电场），这主要是由于GaN与AlInN之间的平均内部电势不同；另一方面，在界面的GaN侧观察到浅蓝色对比度（向左的电场），这是由于二维电子气的产生而引起的对比度。

图3：电场分量在垂直于GaN/AlInN界面的方向上的线剖面。左图为实验结果，右图为使用泊松方程的模拟计算结果。

PM-界面表现出比LM-界面更大的电场强度，表明积聚了更多的二维电子气。该实验结果与理想预测该界面处的电荷分布的模拟结果一致。

图4：GaN/AlInN界面处的电荷密度线分布。

左边是实验结果。界面的GaN层侧积累负电荷，PM-界面比LM-界面积累更多的负电荷。另外，正电荷积累在AlInN层中。右图是使用泊松方程模拟得到的电荷密度的理论计算结果。

（1）获取原文

如需原文相关信息，请联系邮箱：info@aipatent.com（请注明“获取XX资讯原文信息”）

（2）征稿启事

应部分读者建议，本公众号现开放投稿，面向企业及科研机构人员征集稿件，可以分享技术信息、学术类论文、科研成果以及研究见解等。

投稿请发送至邮箱：support@aipatent.com（请注明“AIpatent公众号”来稿）

（3）资讯定制

我们是专注于国际技术转移的服务商，致力于将日本及其他国家的先进技术引入中国。如有海外先进技术资讯定制需求，请联系邮箱：info@aipatent.com（请注明“资讯定制”）

语智海报.png

成功实现高频/功率器件中二维电子气的可视化