科學(xué)家闡明半導(dǎo)體退化的機(jī)制

名古屋工業(yè)大學(xué)(NITech)和伙伴大學(xué)的科學(xué)家對(duì)電子器件中使用的半導(dǎo)體材料的降解機(jī)理有了新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)強(qiáng)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(kāi)辟道路。

這項(xiàng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。SiC正在成為電子器件標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)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。科學(xué)家可以觀察到這些變形實(shí)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(yùn)動(dòng)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(jí)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(shí)際機(jī)制，研究人員使用光致發(fā)光來(lái)誘導(dǎo)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)并測(cè)量發(fā)生的速度。他們尋找可能限制粒子運(yùn)動(dòng)的特定因素，包括使用的材料。他們還測(cè)試了溫度上升的影響，特別是看更高的溫度是否會(huì)增加或減少變形率。

根據(jù)加藤博士的說(shuō)法，導(dǎo)致材料退化的特殊原子變形的存在對(duì)于基于碳化硅的功率器件尤其成問(wèn)題?！爱?dāng)一種特殊的SiC基器件工作時(shí)，材料的原子會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致性能下降。這些原子的變形過(guò)程尚不清楚。然而，眾所周知，電荷的運(yùn)動(dòng)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(shuō)。

到目前為止，其他研究人員也進(jìn)行了類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，報(bào)道的結(jié)果并不一致。光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單肖克利堆垛層錯(cuò)(1sf)和部分位錯(cuò)(PDs)中的載流子復(fù)合比沒(méi)有1sf的4H-SiC中的載流子復(fù)合快。這種快速?gòu)?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?jí)研究鋪平了道路。反過(guò)來(lái)，這可能會(huì)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(lái)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(huì)隨著時(shí)間而磨損的器件。

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