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近日，北京大學(xué)物理學(xué)院傳來(lái)振奮人心的消息。由楊學(xué)林、沈波教授領(lǐng)銜的團隊，聯(lián)合寬禁帶半導體研究中心等多個(gè)科研機構，在氮化鎵外延薄膜中位錯的原子級攀移動(dòng)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(dòng)機制的理解，更為未來(lái)氮化鎵基材料和器件的性能優(yōu)化開(kāi)辟了新途徑。 據悉，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體中的位錯攀移：不對稱(chēng)割階的影響”（Atomistic Understanding of Dislocation Climb in Nitride Semiconductors: Role of Asymmetric Jogs）為題，在線(xiàn)發(fā)表于國際權威期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。 氮化鎵作為寬禁帶半導體的代表，在光電子、射頻電子和功率電子等領(lǐng)域具有巨大的應用潛力，是國際半導體研究的熱點(diǎn)。然而，當前主流的異質(zhì)襯底外延制備方法會(huì )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，理解并調控氮化鎵中位錯的運動(dòng)規律，成為半導體領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(guò)程進(jìn)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)，結合精心設計的外延結構，成功觀(guān)測到了單根位錯線(xiàn)的原子級攀移過(guò)程。研究發(fā)現，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(jìn)行攀移，這一發(fā)現為理解氮化鎵中位錯攀移的原子級機制提供了重要依據。 
氮化鎵中混合位錯的原子尺度攀移過(guò)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(guò)模擬計算，明確了位錯割階的原子和電子結構，提出了“費米能級調控割階形成”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(jìn)一步優(yōu)化氮化鎵材料的性能提供了新的理論支持。
摻雜調控割階形成及攀移實(shí)驗結果及示意圖 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體材料研究領(lǐng)域的深厚實(shí)力和創(chuàng )新能力。楊學(xué)林、沈波團隊表示，他們將繼續基于此次成果，進(jìn)一步探索位錯運動(dòng)對氮化鎵基器件性能的具體影響，致力于開(kāi)發(fā)出更有效的位錯調控技術(shù)，以實(shí)現氮化鎵基器件性能的大幅提升。同時(shí)，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)化應用進(jìn)程，為推動(dòng)寬禁帶半導體技術(shù)在多領(lǐng)域的廣泛應用貢獻力量。 |
