深圳平湖实验室田佳民博士在期刊Nanoscale发表科研成果并被收录为期刊封面

深圳平湖实验室分析检测中心的田佳民博士在国际期刊《Nanoscale》上发表题为“Thickness-Dependent Polarization Modulation at AlN Interlayers in GaN Heterostructures Revealed by Atomic-Scale 4D-STEM”的文章，且该文章被收录为期刊封面。

 图1. 封面图片

在后摩尔时代，氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMTs）凭借卓越的高频、高功率性能，成为半导体领域的核心支柱。其性能优劣关键取决于异质结界面极化场诱导的二维电子气（2DEG）浓度，而插入超薄氮化铝（AlN）夹层是优化器件性能的主流策略。然而，亚纳米尺度（<1nm）下 AlN 夹层厚度如何调控界面应变与极化场，这一核心微观机制长期缺乏原子级解析。近日，深圳平湖实验室的研究团队借助四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）技术，首次在亚埃尺度下揭示了 AlN 夹层厚度依赖的极化调制规律，为高性能 GaN HEMT 器件的精准设计提供了全新科学依据。
4D-STEM 表征结果显示，两者呈现截然不同的极化电场分布：1nm 厚 AlN 夹层样品的界面沿 c 轴（<0001>）出现两个方向相反的电场，形成双极场分布；而 0.5nm 厚夹层样品仅表现为单一方向的电场，呈现单极场特征。几何相位分析（GPA）进一步揭示了应变状态的关键差异：1nm 厚 AlN 夹层样品中，AlGaN 下界面存在明显的面内拉伸应变和面外压缩应变；而 0.5nm 厚夹层样品的 AlGaN 下界面几乎无应变，这一现象源于亚纳米尺度的临界尺寸效应 —— 超薄 AlN 夹层的晶格弛豫不完全，导致 AlN 与 AlGaN 之间的晶格失配大幅弱化。后续的定量结果表明更强的极化电场有助于提升2DEG浓度，降低器件导通电阻。这一发现为理解亚纳米尺度极化工程提供了全新原子视角，未来通过精准调控 AlN 夹层厚度实现极化场的定向设计，有望进一步突破器件电流密度、跨导等关键性能指标，为后摩尔时代半导体器件的创新发展注入强劲动力。

 图2. 不同厚度AlN插层的异质结界面极化电场表征

期刊简介：
《Nanoscale》是由英国皇家化学会 (Royal Society of Chemistry, RSC) 出版的国际顶级纳米科学与技术领域期刊，创刊于 2009 年，由英国皇家化学会与中国国家纳米科学中心合作创办，已成为纳米科技领域最具影响力的核心期刊之一。该期刊专注发表纳米科学与技术领域的高质量研究成果，涵盖实验与理论研究的全领域。作为 RSC 核心期刊之一，它在纳米科技领域占据着重要学术地位，是纳米材料、物理、化学等领域研究人员发表突破性成果的首选平台之一。

文字、图片来源：田佳民 博士 论文