电子工业历经几十年的发展，
从业人员现在非常期待一种由氮化镓制成的新型高性能晶体管，与现今的高频晶体管相比，它会提供相当大的优势。然而，这种材料的许多基本性质仍然是未知的。
现在，瑞士保罗谢尔研究所（PSI）的研究人员，首次观察到电子在这个晶体管中的流动。为此，他们在保罗谢尔研究所的瑞士光源部门（SLS）使用了世界一流的软X射线源。这项独特的实验集多个国家科研人员的力量，包括PSI研究人员以及来自俄罗斯和罗马尼亚的科研人员。
他们发现：
当氮化镓晶体管进入高功率状态时，在特定的方向上电子移动更有效。这项发现将有助于开发更快更强大的晶体管。这或许是将我们的通信网络转换为5G标准的先决条件。
Vladimir Strocov在瑞士光源SLS的ADRESS-Beamline上进行实验。这是世界上最强烈的软X射线辐射源。（图像：保罗谢尔研究所/ Markus Fischer）
研究人员已经将结果发表在《自然通信》杂志上，题为（“GaN / GaAlN高电子迁移率晶体管异质结构中的各向异性二维电子气的K-空间成像”）("k-space imaging of anisotropic 2D electron gas in GaN/GaAlN high-electron-mobility transistor heterostructures")。
随着智能手机和移动通信技术的不断推广，在不久的将来，新一代的半导体元件显得非常迫切：当今流行的3G/4G移动通信标准正在不断上升，但是其性能极限。它的继任者，
5G，2020应该会达到商业化。5G标准将提供更高的频率（高达100千兆赫），更高的数据速率（高达20 Gb/s），更高的网络密度，以及更节能。
然而，使用传统晶体管和传统半导体技术不能实现更强大的高频发射器。因此，世界各地的研究人员正在研究一种替代方案：基于氮化镓的HEMT器件，这是一种高电子迁移率晶体管。在HEMT电子中，电子在两个半导体之间一百万分之一毫米的层中自由移动。
在他们的实验中，PSI研究员Vladimir Strocov和他的同事们研究了一个问题，即如何通过一个HEMT的巧妙构造，使它有助于电子达到最佳流动。他们发现：当氮化镓晶体管进入高功率状态时，在特定方向上的电子可以更有效地移动。
电子自由度
半导体是所有小型电路和计算机芯片的基本组成部分。经典的半导体元件，如晶体管中，这是通过选择性地掺入互补化学元素的原子来完成的。问题是这些外来原子减缓了电子运动。
在HEMT中，这个问题以一种优雅的方式解决。在像三明治这样的东西中，纯半导体材料被合理的组合接触，从而在边界处形成厚度为一百万分之一毫米的导电层。这使得没有外来原子成为可能。
这一想法在20世纪80年代初，由日本科学家Takashi Mimura提出，目前已在所有智能手机的高频电路中使用。然而，实际上，半导体中的原子总是以特定的周期性晶体结构排列。
例如，Strocov和他的团队研究的HEMT，由氮化铝和氮化镓制成，在其界面层中具有六轴对称性：沿着原子链有六个等效取向。
为了研究界面层中电子的流动，研究者们将他们的HEMT放在一个非常特殊的显微镜下：瑞士光源SLS的ADRESS beamline，这是世界上最强烈的软X射线辐射源。
晶体管的实验研究
这种检查方法的技术概念称为角度分辨光电子能谱（ARPES）。到目前为止，已经在紫外线范围内进行了试验。现在，Strocov和他的团队已经使用SLS的高能X射线来完成这项工作。有了它，研究人员就能够从HEMT的导电层深处释放电子，然后将它们引导到一个测量仪器中，以确定它们的能量、速度和方向。
Vladimir Strocov说，这是第一次有可能，使半导体异质结构中的电子基本性质可见。
提升移动通信网络的性能
SLS的X射线强度远高于类似的设备，这一点至关重要，俄罗斯KurcChanv研究所的Leonid Lev和Ivan Maiboroda承认，对于HEMT器件，SLS独特的仪器至关重要。这是一项震撼人心的科学成果。表明我们可以开发出具有较高工作频率和性能的HEMT结构。
Strocov解释说，电子偏爱特定的流动方向这一事实可以从技术上加以利用，如果我们将氮化镓HEMT中的原子定向，使它们与电子的流动方向相匹配，我们就能得到一个更快更强大的晶体管
这项研究的结果会导致5G技术的提升。科学家们现在研究的氮化镓HEMT已经被预言在新的发射机的发展中有着巨大的潜力。从他们的实验估计，无线电发射机的性能可以再增加大约百分之十。
对于移动通信网络来说，这意味着需要更少的发射站就可以提供相同的功率和网络覆盖，并会因此减少了价值数百万的维护费用和能源成本。
文章来自nanowerk网站，原文题目为On the path to new high-performance transistors，由材料科技在线汇总整理。
