针对上述关键问题,刘新宇研究员团队基于超低温的恒定电容深能级瞬态傅里叶谱表征了LPCVD-SiNx/GaN界面态,在70K低温下探测到近导带能级ELP (EC - ET = 60 meV)具有1.5 × 10-20 cm-2的极小捕获界面。在国际上first次通过高分辨透射电镜在LPCVD-SiNx/GaN界面发现晶化的Si2N2O分量,并基于Si2N2O/GaN界面模型的first性原理分析,证明了近导带界面态主要来源于镓悬挂键与其临近原子的强相互作用。由于晶化的Si2N2O分量中电子平均自由程比无定形介质分量自由程长,且Si2N2O与GaN的晶格失配非常小,使得近导带界面态的捕获界面非常小。该发现从新视角揭示了近导带界面态的理论起源,为解决界面态问题提供了深刻理论与实践依据。研究中同时发现了一种与GaN晶格周期匹配的晶体介质Si2N2O,其与GaN<11-20>和<1-100>方向高度匹配,有望在材料生长领域催生新的研究热点。
该工作以《探究LPCVD-SiNx/GaN晶化界面的近导带界面态》为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》杂志上(DOI: 10.1021/acsami.8b04694),相关专利已获申请号。
该项研究得到国家自然科学基金重大仪器项目/重点项目/面上项目、中科院前沿重点项目/STS项目、重点研发计划等项目的资助。
《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊针对化学家、工程师、物理学家和生物学家等跨学科团体,专注于如何开发和将新发现的材料、界面工艺用于特定应用。
相关论文连接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b04694