科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法來確保二維原子和半導(dǎo)體層之間的連接機制盡可能完美 - 這一進步有望導(dǎo)致開發(fā)新型光電器件。通過向已經(jīng)無限小的半導(dǎo)體添加一層原子，下一代電子器件成為可能。這項建立更好，更快的電子產(chǎn)品的工作正在進行中，但對于如何測試這些設(shè)備的成分以確保性能知之甚少?，F(xiàn)在，日本名古屋工業(yè)大學(xué)(NITech)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，以確保二維原子層和半導(dǎo)體之間的連接盡可能完美。

研究人員于4月15日在Applied Physics Letters上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。他們將一層石墨烯應(yīng)用于氮化鎵，這是一種常用的半導(dǎo)體。石墨烯由單層原子制成，而氮化鎵是三維結(jié)構(gòu)。石墨烯和氮化鎵一起被稱為異質(zhì)結(jié)器件，對金和半導(dǎo)體的界面特性具有顯著的敏感性。根據(jù)NITech的副教授Golap Kalita博士的說法，理解GaN異質(zhì)結(jié)器件以及如何改善它們對于提高器件性能至關(guān)重要。

“我們的團隊找到了一種方法，通過在紫外線照射下表征器件來確定石墨烯和氮化鎵異質(zhì)結(jié)的界面特性，”Kalita說。石墨烯和氮化鎵之間的界面應(yīng)該沒有雜質(zhì)，尤其是從光獲得能量的雜質(zhì)。當研究人員在異質(zhì)結(jié)器件上照射紫外(UV)光時，他們發(fā)現(xiàn)光電子(激子)被捕獲在界面處并干擾信息的傳遞。氮化鎵包含表面缺陷和其他缺陷，這些缺陷允許這種光激發(fā)電子被捕獲在界面處。

“我們發(fā)現(xiàn)石墨烯和氮化鎵的界面狀態(tài)對結(jié)的行為和器件性能有顯著影響，”Kalita說。一種這樣的特性稱為電滯后 - 這是一種電子陷入界面導(dǎo)致器件行為發(fā)生變化的現(xiàn)象。電子俘獲對紫外線非常敏感這意味著一旦紫外光照射在異質(zhì)結(jié)上，受激電子就會在界面處聚集并保持陷阱，從而產(chǎn)生大的滯后窗口。

然而，當研究人員將更精細的石墨烯層應(yīng)用于氮化鎵時，如果沒有光照，他們就沒有看到任何滯后效應(yīng)，這意味著界面處的清晰匹配。但它并不完美 - 由于氮化鎵的固有缺陷，紫外線照射激發(fā)了光激發(fā)電子進入瘋狂行為。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過程進行評估，”Kalita說。

研究人員表示，評估界面純度的能力在高性能設(shè)備的開發(fā)中具有無可估量的價值。“這項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，”Kalita說。“最終，我們的目標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。”