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新技术实现微电子器件电子结构可视化

发布日期:2019-07-23 09:13:31 来源:科技日报
  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。
  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。
  研究人员认为,这项技术使得微电子器件电子结构可视化,让人们获得设计更高性能元器件所需的信息,从而制造出工作效率更高、能耗更低的电子元器件。还有助于开发二维半导体,这些半导体被视为下一代电子产品的潜在组件,在柔性电子、光电和自旋电子学中有着广泛的应用。该项由实验主导的研究成果发表在近期出版的《自然》杂志上。
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