锑化镓（GaSb）纳米线的空穴迁移率接近理论极限

根据摩尔定律，计算机的性能每两年左右翻一倍。这从硬件上要求提高芯片上半导体材料的迁移率，或缩小半导体元器件的尺寸。当前，基于硅半导体的器件尺寸减小技术得到了充分发挥，但是硅材料目前的空穴迁移率（几十 cm2V-1s-1）很难得到提高，促使人们研究高迁移率的新材料。基于此，香港城市大学何颂贤教授以及中国科学院过程工程研究所韩宁研究员的课题组采用硫表面活性剂辅助的固态源化学气相沉积（SSCVD）技术，合成了空穴迁移率达到了400 cm2V-1s-1的GaSb纳米线，这正是具有空穴浓度1018 cm-3锑化镓材料的理论极限。在本征p型III-V族纳米线材料中，该空穴迁移率是迄今为止报道最高的，在制作高性能半导体元器件中具有巨大优势。

采用常规的化学气相沉积法合成GaSb纳米线会遇到纳米线横向生长的问题，导致晶体质量不高，致使其空穴迁移率长期得不到提高（一般<40 cm2V-1s-1）。香港城市大学何颂贤教授课题组首次提出了采用硫表面活性剂抑制纳米线横向生长的方法，合成了空穴迁移率200 cm2V-1s-1的GaSb纳米线（Nature Communications, 5, 5249, 2014）。进一步通过改变金（Au）薄膜催化剂的厚度，合成了不同直径分布的锑化镓（GaSb）纳米线。发现纳米线的生长方向随直径的增大，从<211>转变为<111>，并且伴随一个中间过渡生长方向<110>。该规律不同于常见的硅（Si）纳米线以及经典的III-V族砷化镓（GaAs）纳米线。作者就此提出了一个半定量的模型，即：表面活性剂在不同生长方向的纳米线表面有不同的钝化作用才造就了这种新奇的现象。正是由于表面钝化作用的差别及空穴在纳米线不同晶向中的运动差别，导致了这一空穴迁移率理论极限的获得。

图1. GaSb纳米线的生长方向及空穴迁移率随直径的变化规律

这一成果发表在《ACS Nano》上（ACS Nano, 2015, 9, 9268-9275），第一完成人是香港城市大学何颂贤教授课题组的杨再兴博士。

http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.5b04152