最近，我在 NASDAQ 上市的 HOLO 这家公司那边了解到，他们在量子阱电场强度的精准估计上有了新进展。这些年来，半导体异质结构的量子阱因为电子输运和光学特性好，用在量子芯片还有光电子器件里特别多。不过要想优化器件性能，先得搞清楚里面的电场分布。大家都知道，电子全息技术分辨率高，能帮上大忙，可传统的静态衍射模式在面对几到几十纳米宽的量子阱时就不太灵光了。特别是当电子束倾斜得厉害的时候，投影效应会把空间信息给重叠了，搞得测出来的数据跟真的不一样。为了打破这个局面，HOLO 搞了两种新法子。第一种是“动态衍射相位重构法”，具体怎么做呢？他们先用 AC-TEM 这台像差校正的透射电子显微镜，在动态衍射模式下采集量子阱的全息图。这就好比给电子束找了个新角度入射，让它在材料里多束衍射，避免信息被弄混。接下来，用基于最大似然估计的算法从干涉条纹里恢复相位。因为电场会让电子波的相位偏移，所以这里面有定量的关系。根据泊松方程建立个模型，先算个大概。最后再加上个修正项补偿畸变，数据就更准了。第二种是“多层动态耦合分析法”，这个方法更注重结构耦合。先把量子阱拆解成超薄层，每层厚度都比电子平均自由程小。用 HAADF-STEM 拿各层的原子序数衬度图像看材料和厚度。然后用 DFT 算介电常数和电荷分布，建个多层的动态衍射模型来模拟电子束传播。最后把实测强度和模拟的强度拟合起来调参数，反推出电场强度。这两种法子不仅把投影效应给克服了，还能抑制伪影优化误差。对于设计量子阱激光器、HEMT 这些高性能器件特别有帮助。未来要是再跟多物理场模拟深融合一下，说不定能搞出实时监测呢。