康奈尔大学开发出了一种双面双电子芯片

康奈尔大学的研究人员与波兰科学院合作，在半导体技术上取得了突破，开发出了一种双面双电子芯片，能够同时执行光子和电子功能。

氮化镓（GaN）是一种宽禁带半导体，以其独特的极化特性而闻名。氮化镓独特的晶体结构允许在晶圆的每一侧具有不同的物理和化学特性，使研究人员能够利用这些特性。该团队成功地将高电子迁移率晶体管（HEMT）和发光二极管（LED）集成在一侧，这在包括硅在内的任何材料中都是首次。

从生长异质结构开始，灰色箭头按时间顺序遵循加工步骤，金属极性LED在n极性HEMT之后制造。（来源：自然）

“以前从来没有人在半导体的两侧制造有源器件，”van Deurzen说。他解释说，虽然硅晶片是立方的，并且两边具有相同的性质，但GaN的极性性质在设计器件时创造了新的灵活性。

该项目的根源可以追溯到康奈尔大学，Jena， Xing和前博士后研究员Henryk Turski首先构思了这个概念。Turski与波兰的一个团队合作，培育出氮化镓基板，然后运往康奈尔大学进行进一步加工。制造过程需要克服重大挑战，特别是在氮化镓晶圆的氮极面，这更具有化学活性。晶圆背面晶体管和LED的成功开发标志着重大的技术飞跃。

为了测试该设备，该团队必须开发新的测量技术，包括一个粗糙但功能良好的玻璃板系统，用于探测晶圆片的两侧。值得注意的是，单个HEMT设备能够驱动LED，在千赫兹频率下开关LED，使其适用于LED显示屏等应用。

双电子芯片可以立即影响MicroLED显示屏，提供更少的组件，更小的占地面积，更低的能耗。Jena将这一创新比作现代智能手机的多功能本质，表明通过将各种功能整合到一个芯片中，可以实现显著的效率。

除了显示器，该技术的潜在应用还包括互补式金属氧化物半导体（CMOS）器件以及5G和6G通信系统的开发。此外，这种芯片还可以用于先进的应用，比如基于光的LiFi通信。

van Deurzen, L., Kim, E., Pieczulewski, N. et al. Using both faces of polar semiconductor wafers for functional devices. Nature 634, 334–340 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07983-z