深圳平湖实验室分析检测中心技术新突破：基于 4D-STEM 技术实现微观尺度局域电性精准表征

发布于： 2025-12-30 10:04

分类：关键能力展示分析检测

近日，深圳平湖实验室分析检测中心“基于 4D-STEM 技术解决微观尺度下局域电性表征”的技术，攻克了第三代半导体材料原子尺度电学性能表征核心技术瓶颈，形成多项“人无我有”的关键突破。相关成果已在Nanoscale期刊发表，且具备对外技术服务能力，为 GaN 基器件异质结优化、二维电子气调控及器件失效分析提供关键技术支撑，填补了国内该领域高端检测服务空白。

GaN 作为第三代半导体核心材料，其微观尺度下的电场分布、电势变化及二维电子气浓度直接决定器件开关速度、耐压性能与可靠性。传统表征技术中，C-V, Hall等电学或光谱测量方法仅能得到近微观或统计性结果，难以实现亚纳米级的电场或2DEG表征。4D-STEM 技术凭借其亚埃级空间分辨率与多维信息采集能力，成为解决微观局域电性表征难题的核心手段，但行业内除设备厂家外，具备自主数据处理能力及对外测试服务资质的机构极少。

深圳平湖实验室分析检测中心基于 4D-STEM 技术开展系统性研究，包括建立数据处理体系；完善微观电磁场表征能力；实现了原子级GaN界面极化电场表征；完成GaN基体系2DEG的可视化与量化等。研究成果可为GaN外延工艺的优化迭代及电场表征提供重要技术支撑与数据反馈，且搭配TEM原位功能可实现不同偏压下的器件电场表征。

1. 建立 4D-STEM 数据基础处理体系：突破物理探头限制，实现单一数据集中 k 空间任意范围、任意位置的衍射信号成像，大幅拓展表征灵活性与信息获取维度；

2. 完善微观电磁场表征能力: 通过自主算法开发实现电场、电势、电荷密度的精准表征，提升数据处理效率与定制化适配能力，搭配 TEM 原位加电系统，可完成不同偏压下器件结构的电场分布测试，实现与仿真结果的相互验证；

3. 实现原子级 GaN 界面极化电场表征：通过算法精准分离原子内势，仅保留界面极化电场强度信号，达成亚埃级极化电场可视化 mapping；

4. 完成 GaN 基体系二维电子气可视化与量化：通过对极化电场的微分计算，实现二维电子气浓度的量化表征，为器件工艺优化提供直接数据指导。