在发表在《Advanced Materials》上的一篇通讯文章中,来自华东师范大学吴幸教授及其合作者利用原位透射电子显微镜(TEM)记录了附着在氧化铝(Al2O3)和砷化铟镓(InGaAs)基底上的二氧化锆(ZrO2)界面结构和电学性能的动态演变。

探究高速电子器件的损坏机理

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高速电子器件,诸如晶体管和发光二极管,被应用于包括通讯、红外遥感和光学侦测在内的各项领域中。然而,他们的性能受制于出现在金属氧化物和基底材料界面上的电活性缺陷。在发表在《Advanced Materials》上的一篇通讯文章中,来自华东师范大学吴幸教授及其合作者利用原位透射电子显微镜(TEM)记录了附着在氧化铝(Al2O3)和砷化铟镓(InGaAs)基底上的二氧化锆(ZrO2)界面结构和电学性能的动态演变。利用一种特殊设计的聚焦离子束技术,一种由许多ZrO2/Al2O3/InGaAs独立纳米器件组成的TEM薄片可被制备出来,每片厚度约为50纳米,宽度不超过20纳米。这种一刀切-多器件的技术提升了实验的效率。这些包含多器件薄片样品被用于原位TEM表征,同时应力诱发的漏电流测量被用于表征微结构缺陷。起初,在氮化钛/ZrO2界面和ZrO2/Al2O3界面上无缺陷存在,漏电流很小。但是,当电压从0 伏向正电位增大到3伏时,漏电流在2.6伏时急剧升高了一个数量级,且ZrO2层内可观察到缺陷。为了探测缺陷形成的来源,器件上施加1.9伏的恒定电压。大约60秒后,栅电流增大了一个数量级并伴随着缺陷在ZrO2层中垂直和水平双向扩散。光谱表征表明氧原子空位的形成是造成原子级别结构改变的主要原因。电子能量损失谱元素分布以及模拟出的缺陷和热响应曲线显示了这些空位(即缺陷)首先产生在ZrO2/Al2O3界面,而后向ZrO2层中扩散。欲了解更多信息,请访问《Advanced Materials》主页。