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电动汽车驱动 SiC器件 GaN器件 ★ 4.0

GaN/AlN异质结构中二维空穴气的太赫兹回旋共振

THz cyclotron resonance of a 2D hole gas in a GaN/AlN heterostructure

作者 Oxford University Press · New York · Close Modal
期刊 Applied Physics Letters
出版日期 2025年1月
卷/期 第 126 卷 第 21 期
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件 GaN器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 二维空穴气 氮化镓异质结 太赫兹光谱 回旋共振 空穴参数
语言:

中文摘要

近年来,GaN/AlN异质结中高导电二维空穴气(2DHG)的发现为实现高效的互补型GaN电子器件开辟了道路,这是宽禁带半导体器件物理中的长期挑战。电输运研究和模拟表明,这些2DHG中重空穴和轻空穴价带均被占据,但对可动空穴基本参数的直接实验表征仍处于初期阶段。本文利用时间域太赫兹光谱结合高达31 T的脉冲磁场,在低温(8 K)下直接测量了基于GaN的2DHG中可动二维空穴的回旋共振,揭示了有效质量、载流子浓度、散射时间和迁移率等关键材料参数。

English Abstract

The recent discovery of highly conducting two-dimensional hole gases (2DHGs) in GaN/AlN heterojunctions has opened the door to efficient complementary GaN electronics, a long-standing challenge in wide-bandgap semiconductor device physics. Electrical transport studies and simulations indicate that both heavy- and light-hole valence bands are occupied in these 2DHGs, but direct experimental characterization of the fundamental parameters of the mobile holes remains at an early stage. Here, we use time-domain terahertz spectroscopy and pulsed magnetic fields up to 31 T to directly measure cyclotron resonance of the mobile 2D holes in these GaN-based 2DHGs at low temperature (8 K), revealing key material properties including effective masses, densities, scattering times, and mobilities.
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SunView 深度解读

该GaN/AlN异质结二维空穴气研究为阳光电源GaN功率器件开发提供关键基础数据。通过太赫兹回旋共振直接表征的空穴有效质量、迁移率等参数,可指导SG系列光伏逆变器和ST储能变流器中GaN器件的优化设计。二维空穴气的高导电特性有助于实现互补型GaN器件(p型+n型),突破现有单极性限制,提升电动汽车驱动系统和充电桩中功率模块的开关速度和效率。该材料表征方法可应用于阳光电源GaN器件的质量控制与性能评估,推动宽禁带半导体在高频、高温、高功率密度应用场景的技术突破,特别是1500V光伏系统和大型储能系统的功率密度提升。