1. 引言

通過向已經(jīng)無限小的半導(dǎo)體中再增加一層原子，這種做法在下一代電子設(shè)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(shè)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）的研究人員開發(fā)了一種方法，以確保二維原子層與半導(dǎo)體之間的連接盡可能的完美。

研究人員在《應(yīng)用物理快報(bào)》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

2. 石墨烯與氮化鎵器件

他們在常用的半導(dǎo)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(jié)構(gòu)。石墨烯和氮化鎵一起被稱為異質(zhì)結(jié)器件，對金屬和半導(dǎo)體的界面特性具有顯著的敏感性。

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

NITech副教授GolapKalita博士認(rèn)為，了解GaN異質(zhì)結(jié)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：“我們的團(tuán)隊(duì)找到了一種通過在紫外線照射下表征器件來確定石墨烯和氮化鎵器件異質(zhì)結(jié)的界面特性的方法。”石墨烯和氮化鎵之間的界面應(yīng)無雜質(zhì)，尤其是那些從光中獲取能量的雜質(zhì)。當(dāng)研究人員將紫外線（UV）照射到異質(zhì)結(jié)器件上時，他們發(fā)現(xiàn)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：“我們發(fā)現(xiàn)石墨烯和氮化鎵的界面狀態(tài)對結(jié)行為和器件性能有重大影響。”

這樣的一種特性稱為電滯后——這是一種現(xiàn)象，其中電子被束縛在界面上，從而導(dǎo)致器件的行為發(fā)生變化。電子的俘獲對紫外線極為敏感。這意味著一旦紫外線照射到異質(zhì)結(jié)上，激發(fā)的電子就會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(dāng)研究人員在氮化鎵器件上涂上更精細(xì)的石墨烯層時，如果沒有光照，他們將看不到任何滯后效應(yīng)，這意味著界面處的匹配更干凈。但這并不是完美的——由于氮化鎵內(nèi)在的缺陷，紫外線照射使光激發(fā)的電子變得瘋狂。

4. 結(jié)論和引申

Kalita說：“這一發(fā)現(xiàn)表明，石墨烯/GaN異質(zhì)結(jié)界面可以通過紫外線照射工藝進(jìn)行評估。”他們還說，評估接口純度的能力在高性能設(shè)備的開發(fā)中是無價(jià)的。Kalita補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究將為通過紫外線照射過程表征其他異質(zhì)結(jié)界面開辟新的可能性”，“蕞終，我們的目標(biāo)是了解各種二維和三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面，以開發(fā)具有石墨烯的新型光電器件。”