半導體所等實現晶圓級高質量InAs納米結構的維度調控

　　 最近，國際期刊《納米快報》（Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04561）報道了中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室研究員趙建華團隊與合作者在晶圓級高質量InAs納米結構維度調控方面的最新研究成果。

　　InAs是一種重要的III-V族窄禁帶半導體，具有電子遷移率高、有效質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納米線在拓撲量子計算研究方面的應用也引起了人們的重視。而立式InAs納米片是典型的二維體系，通過厚度調節，可以實現能帶結構從三維到二維的精確控制。二維InAs納米片優異的物理性質及獨特的幾何造型，使其成為研制高性能堆疊的納米片場效應晶體管的重要選擇。最近，二維InAs在拓撲量子計算研究中的編織操作及干涉測量方面也展現出美好的前景。然而要實現InAs材料這些應用，需要在InAs制備過程中對其形貌、晶體質量尤其是維度進行高度的控制，因此，尋找一種可實現高質量InAs材料維度調控的技術是近年來科學家們追求的目標。

　　趙建華團隊副研究員潘東等發明了一種通過控制合金催化劑偏析實現晶圓級高質量InAs納米結構的維度調控技術。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合金催化劑發生偏析，從而使一維InAs納米線直接轉變為二維InAs納米片，透射電鏡分析證實催化劑偏析是引起InAs維度轉變的原因。利用這種維度調控技術，他們還分別在Si、GaAs、MgO及藍寶石等多種襯底上實現了晶圓級高質量二維InAs納米片的制備。北京大學教授徐洪起課題組將這種高質量的InAs納米片制成了場效應晶體管，低溫下場效應遷移率達到7000 cm2/V.s。瑞典Lund大學教授Arkady Yartsev課題組測試發現這種高質量InAs納米片具有長光電導壽命。

　　利用催化劑偏析技術實現高質量晶圓級InAs納米結構的維度調控，為有效控制III-V族半導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。

　　北京工業大學教授隋曼齡課題組在該工作中進行了樣品球差電鏡測試，吉林大學教授張立軍課題組進行了生長機制理論計算。該項工作得到科技部、國家自然科學基金委、中科院和北京市自然科學基金委的經費支持。

利用催化劑偏析技術實現了晶圓級高質量InAs納米結構的維度調控