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紫外光(DUV)與氮化鎵器件性能的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間:2023-08-16

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1. 引言


通過(guò)向已經(jīng)無(wú)限小的半導體中再增加一層原子,這種做法在下一代電子設備將成為可能。為了建立更好、更快的電子產(chǎn)品的研究工作正在進(jìn)行中,但是對于如何測試這些設備的成分以確保性能的了解卻是很少。日本名古屋工業(yè)大學(xué)(NITech)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法,以確保二維原子層與半導體之間的連接盡可能的完美。


研究人員在《應用物理快報》上發(fā)表了他們的研究結果。


2. 石墨烯與氮化鎵器件


他們在常用的半導體氮化鎵上涂了一層石墨烯。石墨烯由原子的單層組成,而氮化鎵器件是三維結構。石墨烯和氮化鎵一起被稱(chēng)為異質(zhì)結器件,對金屬和半導體的界面特性具有顯著(zhù)的敏感性。



如上圖所示,在紫外線(xiàn)照射下確定石墨烯-GaN異質(zhì)結界面。研究人員展示了在單獨式GaN氮化鎵器件上利用單層石墨烯制造垂直肖特基結的過(guò)程。


NITech副教授GolapKalita博士認為,了解GaN異質(zhì)結器件以及如何改進(jìn)它們對于提高器件性能至關(guān)重要。


3. 紫外光作用原理


Kalita說(shuō):“我們的團隊找到了一種通過(guò)在紫外線(xiàn)照射下表征器件來(lái)確定石墨烯和氮化鎵器件異質(zhì)結的界面特性的方法?!笔┖偷壷g的界面應無(wú)雜質(zhì),尤其是那些從光中獲取能量的雜質(zhì)。當研究人員將紫外線(xiàn)(UV)照射到異質(zhì)結器件上時(shí),他們發(fā)現受光激發(fā)的電子(激子)被困在界面上并干擾了信息的傳遞。氮化鎵包含表面能級缺陷和其他缺陷,這些缺陷使這種光激發(fā)電子被俘獲在界面處。


Kalita說(shuō):“我們發(fā)現石墨烯和氮化鎵的界面狀態(tài)對結行為和器件性能有重大影響?!?/p>


這樣的一種特性稱(chēng)為電滯后——這是一種現象,其中電子被束縛在界面上,從而導致器件的行為發(fā)生變化。電子的俘獲對紫外線(xiàn)極為敏感。這意味著(zhù)一旦紫外線(xiàn)照射到異質(zhì)結上,激發(fā)的電子就會(huì )在界面處聚集并保持被俘獲的狀態(tài),從而產(chǎn)生較大的滯后窗口。


但是,當研究人員在氮化鎵器件上涂上更精細的石墨烯層時(shí),如果沒(méi)有光照,他們將看不到任何滯后效應,這意味著(zhù)界面處的匹配更干凈。但這并不是完美的——由于氮化鎵內在的缺陷,紫外線(xiàn)照射使光激發(fā)的電子變得瘋狂。


4. 結論和引申


Kalita說(shuō):“這一發(fā)現表明,石墨烯/GaN異質(zhì)結界面可以通過(guò)紫外線(xiàn)照射工藝進(jìn)行評估?!彼麄冞€說(shuō),評估接口純度的能力在高性能設備的開(kāi)發(fā)中是無(wú)價(jià)的。Kalita補充說(shuō):“這項研究將為通過(guò)紫外線(xiàn)照射過(guò)程表征其他異質(zhì)結界面開(kāi)辟新的可能性”,“蕞終,我們的目標是了解各種二維和三維異質(zhì)結構的界面,以開(kāi)發(fā)具有石墨烯的新型光電器件?!?/p>

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