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国外研究机构首次将微电子器件中的电子结构实现可视化《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:25:02 阅读: 来源:石油钻机厂家

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7月20日消息,英国华威大学和美国华盛顿大学的研究人员开发了一种技术,首次将微电子器件中的电子结构可视化,这为制造二维半导体及精密协调的高性能微电子设备打开了大门。

材料的电子结构描述了电子在该材料内的行为,从而反应出流经该材料的电流的性质。这种行为会随着施加在材料上电压的大小而变化,随着电压变化而变化的电子结构决定了微电子电路的效率。操作装置中电子结构的变化是现代所有电子产品的基础,但到目前为止,还没有办法直接看到这些变化的具体情况,来帮助人们理解它们是如何影响电子行为的。

科学家可以测量电子的能量和运动方向,从而计算出它们在材料中所具有的能量和动量。这就决定了这种材料的电子结构,然后可以将其与理论预测进行比较,理论预测是基于最先进的电子结构计算,在本例中由论文合著者Nicholas Hine博士的研究小组进行。在将石墨烯应用于二维过渡金属双卤代烷(TMD)半导体之前,该团队首先使用石墨烯对该技术进行了测试。这些测量数据是在意大利埃利特拉同步加速器的光谱显微镜下进行,由阿列克谢巴里诺夫博士和团队合作完成。

为了能够直观地观察研究微电子器件中电子的行为轨迹,优化微电子器件的功能,研究人员开发了一种新技术,用它可以在操控只有原子厚度的所谓二维材料制成的微电子器件时,测量电子的能量和动量;进而利用这些信息,对材料的光电特性进行可视化表达。该技术使用角度分辨光发射光谱(ARPES)来“激发”选定材料中的电子,通过将一束紫外线或X射线聚焦在一个特定区域的原子上,受到激发的电子就会从原子中被击出。然后,研究人员可以测量该电子的能量和运动方向,从而计算出它们在材料中所具有的能量和动量,由此决定了这种材料的电子结构。然后可以将其与理论预测进行比较,而理论预测是基于最先进的电子结构计算得出的。

华盛顿大学物理系教授大卫·科布登博士说:过去,了解半导体器件中电子活动的唯一方法是将其电流电压特性与复杂模型进行比较。现在,由于新的进步,使得ARPES技术可以应用到微小点上,再加上二维材料的出现,使得电子作用可以直接在表面进行,可以直接测量电子光谱的细节,并看它是如何实时变化的,这改变了游戏规则。这种强大的光谱学技术将为研究基本现象提供新机会,比如电可调谐拓扑相变的可视化以及相关电子相的掺杂效应,这些都是具有挑战性的。

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