最近，國際期刊《納米快報》（Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04561） 報道了中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室趙建華研究員團(tuán)隊與合作者在晶圓級高質(zhì)量InAs納米結(jié)構(gòu)維度調(diào)控方面的最新研究成果。

InAs是一種重要的III-V族窄禁帶半導(dǎo)體，具有電子遷移率高、有效質(zhì)量小及自旋軌道耦合強等特征，是制備高速低功耗電子器件、紅外光電子器件及自旋電子器件的理想材料，特別是近年來一維InAs納米線在拓?fù)淞孔佑嬎阊芯糠矫娴膽?yīng)用也引起了人們極大地重視。而立式InAs納米片是典型的二維體系，通過厚度調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)從三維到二維的精確控制。二維InAs納米片優(yōu)異的物理性質(zhì)及獨特的幾何造型，使其成為研制高性能堆疊的納米片場效應(yīng)晶體管的重要選擇。最近，二維InAs在拓?fù)淞孔佑嬎阊芯恐械木幙棽僮骷案缮鏈y量方面也展現(xiàn)出美好的前景。然而要實現(xiàn)InAs材料這些應(yīng)用，需要在InAs制備過程中對其形貌、晶體質(zhì)量尤其是維度進(jìn)行高度的控制，因此，尋找一種可實現(xiàn)高質(zhì)量InAs材料維度調(diào)控技術(shù)是近年來科學(xué)家們追求的目標(biāo)。

趙建華團(tuán)隊的潘東副研究員等發(fā)明了一種通過控制合金催化劑偏析實現(xiàn)晶圓級高質(zhì)量InAs納米結(jié)構(gòu)的維度調(diào)控技術(shù)。在分子束外延方法制備InAs納米線過程中，他們通過精確控制合金催化劑的組分，使Ag-In合金催化劑發(fā)生偏析，從而使一維InAs納米線直接轉(zhuǎn)變?yōu)槎SInAs納米片，透射電鏡分析證實催化劑偏析是引起InAs維度轉(zhuǎn)變的原因。利用這種維度調(diào)控技術(shù)，他們還分別在Si、GaAs、MgO及藍(lán)寶石等多種襯底上實現(xiàn)了晶圓級高質(zhì)量二維InAs納米片的制備。北京大學(xué)徐洪起教授課題組將這種高質(zhì)量的InAs納米片制成了場效應(yīng)晶體管，低溫下場效應(yīng)遷移率達(dá)到7000 cm2/V.s。瑞典Lund大學(xué)Arkady Yartsev教授課題組測試發(fā)現(xiàn)這種高質(zhì)量InAs納米片具有長光電導(dǎo)壽命。

利用催化劑偏析技術(shù)實現(xiàn)高質(zhì)量晶圓級InAs納米結(jié)構(gòu)的維度調(diào)控，為有效控制III-V族半導(dǎo)體的維度提供了一種全新的方法，也為研制高性能立式納米片電子器件及量子器件提供了基礎(chǔ)。

北京工業(yè)大學(xué)隋曼齡教授課題組在本工作中進(jìn)行了樣品球差電鏡測試，吉林大學(xué)張立軍教授課題組進(jìn)行了生長機制理論計算。該項工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和北京市自然科學(xué)基金委的經(jīng)費支持。