室温下热电子显微成像研究获进展

深蓝色的畅想

中科院上海技术物理研究所陆卫团队与复旦大学物理学系安正华课题组等合作，通过采用一种自主研发的可检测热电子散粒噪声的红外近场显微镜技术（SNoiM），直接探测GaAs/AlGaAs单晶材料纳米输运沟道中非平衡态电子电流涨落引起的散粒噪声，从而揭示了热电子输运过程中的能量耗散空间分布信息。相关成果日前在线发表于《科学》杂志。

半导体中的电子可以吸收一定能量（如光子、外电场等）而被激发，处于激发态的电子被称为热电子。热电子可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量，这就是半导体的发光现象。随着微电子器件按摩尔定律不断向纳米尺度减小、功耗密度不断增加，器件工作过程中的电子被驱动至远离平衡态。这些非平衡的热电子输运性质和能量弛豫过程会极大影响器件所能达到的工作性能。因此，全面认识甚至操控非平衡热电子行为，对后摩尔时代的电子学器件发展具有重要的指导作用。然而，非平衡输运热电子的实验检测具有极大的技术挑战。

研究人员利用SNoiM技术克服了传统热探测手段的低灵敏度、受限于检测晶格温度等缺点，发现散粒噪声引起的红外辐射具有表面倏逝波特性，且能反映对应热电子的温度。随着器件偏压的逐步增加，热电子温度的分布由局域分布向非局域分布过渡，并呈现明显的热电子速度过冲现象。