|
近日，北京大學(xué)物理學(xué)院傳來振奮人心的消息。由楊學(xué)林、沈波教授領(lǐng)銜的團隊，聯(lián)合寬禁帶半導(dǎo)體研究中心等多個科研機構(gòu)，在氮化鎵外延薄膜中位錯的原子級攀移動力學(xué)研究上取得了重大突破。這一成果不僅加深了對氮化鎵材料中位錯運動機制的理解，更為未來氮化鎵基材料和器件的性能優(yōu)化開辟了新途徑。 據(jù)悉，相關(guān)研究成果已于2025年2月5日以“從原子尺度上理解氮化物半導(dǎo)體中的位錯攀移：不對稱割階的影響”（Atomistic Understanding of Dislocation Climb in Nitride Semiconductors: Role of Asymmetric Jogs）為題，在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。 氮化鎵作為寬禁帶半導(dǎo)體的代表，在光電子、射頻電子和功率電子等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，是國際半導(dǎo)體研究的熱點。然而，當前主流的異質(zhì)襯底外延制備方法會在氮化鎵材料中引入大量位錯缺陷，這些位錯缺陷嚴重制約了氮化鎵基材料和器件性能的提升。因此，理解并調(diào)控氮化鎵中位錯的運動規(guī)律，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。 楊學(xué)林、沈波團隊針對這一難題，對氮化鎵外延薄膜中位錯的原子尺度攀移過程進行了深入研究。他們采用掃描透射電子顯微鏡（STEM）的深度切片技術(shù)，結(jié)合精心設(shè)計的外延結(jié)構(gòu)，成功觀測到了單根位錯線的原子級攀移過程。研究發(fā)現(xiàn)，混合位錯中的5環(huán)不全位錯以“5-9”原子環(huán)循環(huán)交替的方式進行攀移，這一發(fā)現(xiàn)為理解氮化鎵中位錯攀移的原子級機制提供了重要依據(jù)。 
氮化鎵中混合位錯的原子尺度攀移過程 圖源：“北大物理人”官微 此外，北京計算科學(xué)研究中心的黃兵團隊通過模擬計算，明確了位錯割階的原子和電子結(jié)構(gòu)，提出了“費米能級調(diào)控割階形成”的新機制，為理解摻雜對氮化鎵位錯攀移的影響提供了全新視角。這一機制的提出，為進一步優(yōu)化氮化鎵材料的性能提供了新的理論支持。
摻雜調(diào)控割階形成及攀移實驗結(jié)果及示意圖 圖源：“北大物理人”官微 此次研究不僅取得了重要的科學(xué)突破，更展示了北大科研團隊在半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的深厚實力和創(chuàng)新能力。楊學(xué)林、沈波團隊表示，他們將繼續(xù)基于此次成果，進一步探索位錯運動對氮化鎵基器件性能的具體影響，致力于開發(fā)出更有效的位錯調(diào)控技術(shù)，以實現(xiàn)氮化鎵基器件性能的大幅提升。同時，他們計劃與更多產(chǎn)業(yè)界伙伴合作，加速研究成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進程，為推動寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)在多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用貢獻力量。 |
