2D电子气的成功可视化

日本团队在GaN基半导体界面直接观察2D电子气

由Naoya Shibata领导的东京大学的一个小组与索尼合作，成功地直接观察到了在GaN基半导体界面积累的2D电子气。

基于GaN的器件被用作高效的LED和激光二极管。由于其高介电击穿强度和饱和电子速度，它们有望被用作下一代通信高频器件和功率转换功率器件。

特别是，GaN HEMT在半导体界面处产生一层被称为2D电子气的累积电子。电子可以在该层中高速移动，这使得HEMT非常适合高频操作。

这种2D电子气的细节对半导体器件的性能至关重要，并且已经通过间接实验或理论计算进行了估计。然而，对这些现象的直接观察和确认是具有挑战性的。

在这项研究中，研究小组将无磁场原子分辨率STEM（MARS）与新开发的倾斜扫描系统和超高灵敏度、高速分割型探测器相结合，直接观察在GaN/AlInN异质界面积累的2D电子气。

该小组使用原子分辨率差分相位对比（DPC）方法进行了观测，这是一种由Shibata等人开发的原子级电磁场观测技术。

他们成功地将积聚在半导体界面几纳米宽区域的2D电子气可视化并量化。这些进步使得能够控制2D电子气，并有望进一步提高晶体管的性能。

研究人员报告称，这些发现使控制2D电子气的高性能高频/功率器件得以开发，从而在半导体器件的界面分析和控制方面带来了创新。

参考文献

'Real-space observation of a two-dimensional electron gas at semiconductor heterointerfaces' by Satoko Toyama et al; Nature Nanotechnology (2023)

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