这种半导体有两面性 并且同时具有多种功能

氮化镓基半导体一直是高频和电力电子领域的福音。它们还彻底改变了节能 LED 照明。但没有一种半导体晶圆能够同时高效地实现这两项功能。

现在，康奈尔大学的研究人员与波兰科学院的一个团队合作，开发出了第一款双面(或称“双电子”)芯片，该芯片可同时结合光子和电子功能，这一创新可以缩小功能设备的尺寸，使其更节能，并降低制造成本。

该团队的论文《利用极性半导体晶圆的两面制造功能器件》于 9 月 25 日在《自然》杂志上发表。论文共同作者是博士生 Len van Deurzen 和 Eungkyun Kim。

该项目由康奈尔大学电气与计算机工程学院和材料科学与工程系的 David E. Burr 工程教授 Debdeep Jena 以及威廉·L·夸肯布什 (William L. Quackenbush) 电气与计算机工程教授兼材料科学与工程教授 Huili Grace Xing 领导。

氮化镓 (GaN) 在宽带隙半导体中是独一无二的，因为它沿晶轴具有较大的电子极化，这使其每个表面的物理和化学性质截然不同。镓(或阳离子)一侧已被证明可用于LED 和激光器等光子器件，而氮(或阴离子)一侧可以承载晶体管。

Jena-Xing 实验室着手制造一种功能性设备，其中一侧的高电子迁移率晶体管 (HEMT) 驱动另一侧的发光二极管(LED)——这是任何材料都无法实现的壮举。

“据我们所知，没有人能制造出双面有源器件，即使是硅片也没有，”范德岑说。“原因之一是，硅片的两面都使用硅片并不能获得额外的功能，因为它是立方体，两面基本上是一样的。但氮化镓是一种极性晶体，因此一面的物理和化学性质与另一面不同，这让我们在设计器件时有了更多的选择。”

该项目最初由 Jena 和前博士后研究员 Henryk Turski(该论文的共同资深作者)以及 Jena 和 Xing 在康奈尔大学构思。Turski 与波兰科学院高压物理研究所的一个团队合作，在厚度约为 400 微米的单晶圆上生长透明的 GaN 衬底。

随后，HEMT 和 LED 异质结构在波兰通过分子束外延生长。外延完成后，芯片被运往康奈尔大学，Kim 在那里在氮极性面上构建和加工了 HEMT。

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