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新技術實現微電子器件電子結構可視化

發布日期:2019-07-23 09:13:31 來源:科技日報
  英國華威大學和美國華盛頓大學的研究人員開發了一種技術,首次將微電子器件中的電子結構可視化,這為制造二維半導體及精密協調的高性能微電子設備打開了大門。
  材料的電子結構描述了電子在該材料內的行為,從而反應出流經該材料的電流的性質。這種行為會隨著施加在材料上電壓的大小而變化,隨著電壓變化而變化的電子結構決定了微電子電路的效率。操作裝置中電子結構的變化是現代所有電子產品的基礎,但到目前為止,還沒有辦法直接看到這些變化的具體情況,來幫助人們理解它們是如何影響電子行為的。
  為了能夠直觀地觀察研究微電子器件中電子的行為軌跡,優化微電子器件的功能,研究人員開發了一種新技術,用它可以在操控只有原子厚度的所謂二維材料制成的微電子器件時,測量電子的能量和動量;進而利用這些信息,對材料的光電特性進行可視化表達。該技術使用角度分辨光發射光譜(ARPES)來“激發”選定材料中的電子,通過將一束紫外線或X射線聚焦在一個特定區域的原子上,受到激發的電子就會從原子中被擊出。然后,研究人員可以測量該電子的能量和運動方向,從而計算出它們在材料中所具有的能量和動量,由此決定了這種材料的電子結構。然后可以將其與理論預測進行比較,而理論預測是基于最先進的電子結構計算得出的。
  研究人員認為,這項技術使得微電子器件電子結構可視化,讓人們獲得設計更高性能元器件所需的信息,從而制造出工作效率更高、能耗更低的電子元器件。還有助于開發二維半導體,這些半導體被視為下一代電子產品的潛在組件,在柔性電子、光電和自旋電子學中有著廣泛的應用。該項由實驗主導的研究成果發表在近期出版的《自然》雜志上。
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