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半导体纳米材料结构-性能关系的电子全息研究

2022-04-28

 

随着半导体器件尺寸的进一步缩小,整个半导体产业面临着短沟道效应、漏电流增大、不稳定性加剧及高功耗等诸多问题和挑战。虽然目前关于半导体材料及器件的结构表征研究早已深入到纳米,甚至原子尺度,但是相关材料及器件的物理性质尤其是电学特性表征主要还依赖于宏观测量。若能定量获取以上材料及器件纳米尺度电学特性,特别是在器件工作状态下的纳米尺度电荷分布及载流子输运信息,将极大地促进半导体器件性能提升,乃至整个半导体产业的有效升级。

近日,华中科技大学武汉光电国家研究中心李露颖教授课题组详细综述了离轴电子全息技术(off-axis electron holography)在半导体材料及器件结构-性能关系定量研究中的重要应用。该工作首先介绍了离轴电子全息技术的发展历程、理论基础及实验装置。接下来该综述根据IV族半导体纳米材料、复合半导体纳米材料(主要包括III-V族和II-VI族)以及二维半导体纳米材料等常见的半导体纳米材料体系划分,分别详述了离轴电子全息技术在上述各体系的实际应用,包括静态及各种原位激励下电场及电荷分布的定量研究。最后,该综述分析了离轴电子全息技术的优势和局限性,并对该技术的未来发展从个人角度进行展望。

该综述文章对于电子全息研究、半导体行业研究人员以及未来希望进入上述领域的学习者均起到了一定的帮助和启示作用。该文章以题为“Study of structure-property relationship of semiconductor nanomaterials by off-axis electron holography”发表在Journal of Semiconductors上。

图1.(左图)离轴电子全息的实验架构主要包括三个部分:场发射电子枪、静电双棱镜和CCD相机。(右图)电子全息图的重构过程:首先对电子全息图实施傅里叶变换,得到一中心束及两个互为共轭的衍射束。选取其中一个衍射束,对其实施反傅里叶变换,即可从中分离出振幅信息和相位信息。

图2.(a-b)Si衬底上生长Ge量子点的电子全息图像,其对应的相位图显示量子点底部因空穴聚集而出现额外正相位;(c-d)Ge/Si核壳结构纳米线的高角环形暗场像及对应黑色虚线箭头区域的投影厚度分布;(e-f)与上述同一根Ge/Si核壳结构纳米线相位图,对应黑色虚线箭头区域的相位线扫描分布显示Ge核区域因空穴聚集而出现额外正相位。

Study of structure-property relationship of semiconductor nanomaterials by off-axis electron holography

Luying Li, Yongfa Cheng, Zunyu Liu, Shuwen Yan, Li Li, Jianbo Wang, Lei Zhang, Yihua Gao

J. Semicond. 2022, 43(4): 041103

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041103

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/4/041103

来源:半导体学报2022年第4期—半导体材料与器件的原位表征专题



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