科學(xué)家闡明半導(dǎo)體退化的機制

名古屋工業(yè)大學(xué)(NITech)和伙伴大學(xué)的科學(xué)家對電子器件中使用的半導(dǎo)體材料的降解機理有了新的認識。通過強調(diào)材料如何降解的特定科學(xué)，他們正在為可能阻止材料降解的潛在發(fā)現(xiàn)開辟道路。

這項研究發(fā)表在2018年9月的《應(yīng)用物理學(xué)》雜志上。科學(xué)家使用碳化硅(SiC)材料進行實驗。SiC正在成為電子器件標準半導(dǎo)體材料的更受歡迎的替代品。本研究基于一種特定類型的碳化硅材料，其特征在于其結(jié)構(gòu)或4H-碳化硅。該材料暴露在光致發(fā)光和各種溫度下，作為產(chǎn)生某種變形的手段，導(dǎo)致碳化硅基器件的退化?？茖W(xué)家可以觀察到這些變形實際上是如何在原子水平上發(fā)生的。

“我們量化了帶有原子結(jié)構(gòu)缺陷的4H-SiC材料區(qū)域中電荷粒子的運動速度。這將有助于找到抑制碳化硅基器件(如電力電子系統(tǒng))退化的方法.加藤正人，NITech高級材料科學(xué)研究所副教授。為了更好地理解導(dǎo)致退化的原子變形背后的實際機制，研究人員使用光致發(fā)光來誘導(dǎo)帶電粒子的運動并測量發(fā)生的速度。他們尋找可能限制粒子運動的特定因素，包括使用的材料。他們還測試了溫度上升的影響，特別是看更高的溫度是否會增加或減少變形率。

根據(jù)加藤博士的說法，導(dǎo)致材料退化的特殊原子變形的存在對于基于碳化硅的功率器件尤其成問題?！爱斠环N特殊的SiC基器件工作時，材料的原子會發(fā)生變形，導(dǎo)致性能下降。這些原子的變形過程尚不清楚。然而，眾所周知，電荷的運動導(dǎo)致了上述原子在材料和材料已經(jīng)成為缺陷的區(qū)域的變形，”他說。

到目前為止，其他研究人員也進行了類似的實驗，報道的結(jié)果并不一致。光致發(fā)光實驗結(jié)果表明，單肖克利堆垛層錯(1sf)和部分位錯(PDs)中的載流子復(fù)合比沒有1sf的4H-SiC中的載流子復(fù)合快。這種快速復(fù)合將導(dǎo)致具有1sf的器件退化。此外，1sf的膨脹率也隨著溫度的升高而增加。因此，它們?yōu)樘蓟杌骷导壯芯夸伷搅说缆贰７催^來，這可能會導(dǎo)致更高質(zhì)量和更耐用的設(shè)備。在這些方面，作者指出，他們未來的研究工作將側(cè)重于尋找防止碳化硅器件退化的方法，并創(chuàng)造不會隨著時間而磨損的器件。

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