研究论文

基于机器学习力场的AlN/GaN超晶格热导率应变与结构调控

韩鹏，臧行，于艳，张凤，周诺丹，石芝铭，孙晓娟，黎大兵

物理学报, 2026, 75(8): 080710

doi: 10.7498/aps.75.20251623

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摘要：本文针对宽禁带氮化物半导体AlN，GaN及其AlN/GaN超晶格结构，构建出具有密度泛函理论(DFT)精度的机器学习力场，并用于替代耗时的DFT计算，高效精确地模拟了其热输运性质，研究了应变与层数结构对热导率的影响。研究结果表明，所开发的力场在能量、力及声子谱预测上均达到DFT精度，验证了其可靠性。通过对不同双轴应变(±5%)下热导率的模拟，发现压缩应变可显著提升热导率，而拉伸应变则导致热导率下降；其微观机制源于应变对声子群速度、寿命及散射率的调控。尤为重要的是，超晶格热导率远低于其组元材料，主要归因于界面引起的本征散射增强导致声子寿命急剧降低。此外，在总层数固定的AlN/GaN超晶格中，热导率随AlN势垒层增厚而显著提升，据此提出“厚势垒、窄量子阱”的结构设计原则，为高性能氮化物器件的热电协同优化与热管理提供了关键理论依据与设计路径。

浪涌电流应力下肖特基型p-GaN 高电子迁移率晶体管器件可靠性

彭嵘，邱彬桔，黄书婷，王龙，张波，周琦

物理学报, 2026, 75(8): 080803

doi: 10.7498/aps.75.20251573

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摘要：氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)凭借其高频、高功率密度和高效率等特性，已成为新一代电力电子领域的核心器件。然而，浪涌电流应力引起的可靠性问题仍是限制其进一步应用的重要因素。本文针对商用650 V肖特基型p-GaN栅极GaN HEMTs，系统研究了器件在第三象限工作条件下承受浪涌电流应力时的可靠性。通过实验测试获得了器件在10，7和5 ms浪涌脉宽下的浪涌电流耐受能力以及栅极漏电流变化规律。结果表明，浪涌脉宽减小可显著提升器件的浪涌电流耐受能力(最高提升约18.3%)，减弱自热效应导致的迟滞现象，并减轻浪涌电流应力造成的器件栅极漏电流退化。通过多维失效分析及TCAD器件仿真，揭示了器件在浪涌电流应力下的失效机理：强电场导致栅极肖特基接触退化并引起栅极电流急剧增大，在强电场与过大栅极电流的共同作用下诱发栅极金属电迁移。本研究揭示了肖特基型p-GaN栅极GaN HEMTs在第三象限不同脉宽浪涌电流应力下的耐受能力及栅极漏电流退化，并发现了栅极肖特基接触退化引起金属电迁移的失效机理，为高可靠性GaN器件的设计与应用提供了重要参考。

面向高精度3维NAND存算一体芯片的多晶硅晶界势垒工艺优化与验证

郑好，刘慧雯，许克志，张宝通，杨远程，夏志良，霍宗亮

物理学报，2026，75(8)：080804

DOI: 10.7498/aps.75.20260199

CSTR: 32037.14.aps.75.20260199

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摘要：随着人工智能与边缘计算的快速发展，存算一体(computing-in-memory，CIM)架构被认为是缓解冯·诺依曼瓶颈的重要技术路径. 基于3维(3D) NAND的CIM方案兼具高存储密度与工艺成熟度，但在执行矩阵-向量乘法(matrix-vector multiplication，MVM)等模拟计算任务时，串电流分布展宽会导致累加电流偏差，进而引起计算精度下降问题. 其中3D NAND顶部选择(top select gate，TSG)晶体管沟道的多晶硅晶界更是会直接影响到串电流的分布. 因此本文采用计算机辅助设计软件(technology computer-aided design，TCAD)建立TSG Deck器件模型，分析TSG多晶硅沟道晶界陷阱诱发的势垒对开态电流波动的影响规律。 在此基础上，提出一种通过多晶硅前驱体组合调控实现等效氢钝化窗口优化的工艺方案，并对不同工艺分组条件下的开态电流分布进行单片晶圆尺度的统计评估。 结果表明，最优工艺可使位线端电流分布的归一化标准差较优化前减小50%，并在CIM系统级仿真中使GPT-2 124M模型的INT8推理中的MVM计算误差相对基准工艺降低14.7%—66.8%。综上，本工作为面向高精度3D NAND CIM芯片的工艺优化方案提供了可实现的设计依据。

二次外延异质结构介导的倾斜沟道GaN基p型晶体管制备与特性

杨飏，黄森，付星宇，郭富强，姚毅旭，邓可心，刘剑飞，王鑫华，高新国，魏珂，刘新宇，杨学林，沈波

物理学报，2026，75(8)：080805

DOI: 10.7498/aps.75.20260336

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摘要：氮化镓(GaN)基p型场效应晶体管(p-FETs)是实现高性能GaN集成电路的关键器件，但国内外报道的器件通常依赖栅下p-GaN层刻蚀来获得较高的开关电流比，由此引发的界面和表面损伤会导致阈值电压回滞并恶化亚阈值摆幅。 本文提出一种栅区位于半极性面的GaN基p-FETs，该结构无需刻蚀栅下p-GaN层，通过在极化强度较低的半极性晶面上形成栅下沟道，有效削弱极化诱导的背景空穴积累并增强栅控能力，从而在工作电压范围内实现对栅下空穴沟道的完全关断。该器件具有4.3×10⁶的开关电流比、157 mV/dec的亚阈值摆幅和0.2 V的阈值电压回滞幅度；其介质层/沟道层界面的界面态密度低至1.61×10¹² cm^–2/eV. 栅压应力和变温测试结果表明，无刻蚀损伤的栅下斜沟道结构能够同时改善GaN基p-FETs的开关特性与稳定性，为单片GaN基互补逻辑器件提供了可行的结构方案。

综   述

光子晶体板动量空间中的相位场

李传林，任翱博，巫江

物理学报, 2026, 75(8): 080402

doi: 10.7498/aps.75.20260100

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摘要：光学相位调控在光通信、信息处理和精密测量等领域具有重要意义。相较于实空间调控，动量空间相位调控现出显著优势：无结构中心束缚、模式容量不受限，且具备本征的拓扑保护特性。这种内在的灵活性与可扩展性，使得系统在实际应用中无需严格的光学对准，并能提供大量独立的调控通道，推动高性能、高集成度光学系统的发展。光子晶体板以其开放边界周期性以及动量空间光场操控等优势，已成为动量空间相位场研究的重要平台。本文基于偏振正交分解和时域耦合模式理论下的散射矩阵，系统阐述了光子晶体板中二维动量空间和多维合成动量空间相位场的产生机理，并综述了近几年来的相关研究与应用进展。最后，对动量空间相位场领域的发展现状、核心优势与挑战进行总结和展望。

非辐射多声子跃迁理论的发展与前沿：从物理思想到第一性原理计算

袁嘉怡，张陈，崔钰，邓惠雄

物理学报, 2026, 75(8): 080701

doi: 10.7498/aps.75.20251621

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摘要：多声子跃迁作为固体物理中重要的电声耦合现象，深刻影响半导体材料和器件的性能。对于深能级缺陷主导的材料体系，非辐射多声子跃迁既是限制半导体光电器件性能的物理瓶颈，也是实现特定功能的必要机制。基于此，本文系统性地梳理非辐射多声子跃迁理论的发展脉络与前沿进展。1950年黄昆与Avril Rhys基于绝热模型首次建立该理论的量子力学框架，历经与静态耦合模型长达三十年的争鸣，黄昆先生最终证明二者的物理等效性，为理论的现代化发展奠定坚实基础。进入21世纪，借助第一性原理计算的强大能力和计算策略的革新，精确的“从头算”不仅深化物理认知，揭示由激发态和亚稳态主导的非辐射复合路径，同时推动理论向包含非谐效应与声子重整化等真实物理的方向演进。目前，研究正从计算跃迁速率转向模拟实时过程，通过非绝热分子动力学方法将自旋、极化子、激子以及核量子效应等物理过程纳入统一的理论模型。研究不仅为深能级缺陷的复杂动力学提供清晰的物理图像，同时为高性能半导体器件的设计和制造提供坚实的理论指导。

金刚石氮空位色心：从基本原理到量子探测

李跃辉，程少博，单崇新

物理学报, 2026, 75(8): 080702

doi: 10.7498/aps.75.20251531

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摘要：金刚石氮空位色心凭借室温毫秒级自旋相干、原子级空间尺寸、非侵入无破坏性、化学结构稳定、生物无毒与多物理场耦合强度可调等特性，迅速成长为横跨凝聚态物理、新兴量子技术、纳米科技和生命科学的最具活力的多功能固态量子平台。其电子自旋可被激光高效极化，也能通过微波共振实现量子态操控，已实现了磁场、电场、温度、应力、自旋等物理场的高灵敏度测量，部分实验已实现单核自旋或单电子电荷的识别。本综述首先对金刚石氮空位(NV)色心的基本性质进行简明的概述，阐明自旋轨道耦合、超精细耦合等对系统能级的影响，然后系统梳理了NV色心的制造方法，详细描述了如何利用NV色心进行纳米尺度的传感测量和应用。

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