紫外光（DUV）與氮化鎵器件性能的關系

1. 引言

通過向已經(jīng)無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、更快的電子產品的研究工作正在進行中，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（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為異質結器件，對金屬和半導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程。

NITech副教授GolapKalita博士認為，了解GaN異質結器件以及如何改進它們對于提高器件性能至關重要。

3. 紫外光作用原理

Kalita說：“我們的團隊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結的界面特性的方法?！笔┖偷壷g的界面應無雜質，尤其是那些從光中獲取能量的雜質。當研究人員將紫外線（UV）照射到異質結器件上時，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結上，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，如果沒有光照，他們將看不到任何滯后效應，這意味著界面處的匹配更干凈。但這并不是完美的——由于氮化鎵內在的缺陷，紫外線照射使光激發(fā)的電子變得瘋狂。

4. 結論和引申

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