科学家阐明半导体退化的机制

名古屋工业大学(NITech)和伙伴大学的科学家对电子器件中使用的半导体材料的降解机理有了新的认识。通过强调材料如何降解的特定科学，他们正在为可能阻止材料降解的潜在发现开辟道路。

这项研究发表在2018年9月的《应用物理学》杂志上。科学家使用碳化硅(SiC)材料进行实验。SiC正在成为电子器件标准半导体材料的更受欢迎的替代品。本研究基于一种特定类型的碳化硅材料，其特征在于其结构或4H-碳化硅。该材料暴露在光致发光和各种温度下，作为产生某种变形的手段，导致碳化硅基器件的退化。科学家可以观察到这些变形实际上是如何在原子水平上发生的。

“我们量化了带有原子结构缺陷的4H-SiC材料区域中电荷粒子的运动速度。这将有助于找到抑制碳化硅基器件(如电力电子系统)退化的方法.加藤正人，NITech高级材料科学研究所副教授。为了更好地理解导致退化的原子变形背后的实际机制，研究人员使用光致发光来诱导带电粒子的运动并测量发生的速度。他们寻找可能限制粒子运动的特定因素，包括使用的材料。他们还测试了温度上升的影响，特别是看更高的温度是否会增加或减少变形率。

根据加藤博士的说法，导致材料退化的特殊原子变形的存在对于基于碳化硅的功率器件尤其成问题。“当一种特殊的SiC基器件工作时，材料的原子会发生变形，导致性能下降。这些原子的变形过程尚不清楚。然而，众所周知，电荷的运动导致了上述原子在材料和材料已经成为缺陷的区域的变形，”他说。

到目前为止，其他研究人员也进行了类似的实验，报道的结果并不一致。光致发光实验结果表明，单肖克利堆垛层错(1sf)和部分位错(PDs)中的载流子复合比没有1sf的4H-SiC中的载流子复合快。这种快速复合将导致具有1sf的器件退化。此外，1sf的膨胀率也随着温度的升高而增加。因此，它们为碳化硅基器件降级研究铺平了道路。反过来，这可能会导致更高质量和更耐用的设备。在这些方面，作者指出，他们未来的研究工作将侧重于寻找防止碳化硅器件退化的方法，并创造不会随着时间而磨损的器件。

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