研究阐明非平衡半导体缺陷的原子起源及演化机理
文章导读
你是否好奇，为什么某些精密电子器件在太空辐射或极端环境下会突然失效？其核心“元凶”——半导体中看不见的非平衡态缺陷，一直是困扰科学界的难题。传统方法只能“听其声”，却无法“见其人”，难以揭示其原子层面的起源与演变。中科院团队近期在《自然-通讯》发表突破性研究，他们构建了一套革命性的多尺度模型，首次实现了对此类缺陷从原子结构到宏观电学行为的“全维度透视”，并成功破解了关键材料中的长期争议。这不仅为设计更抗辐照的芯片和量子器件提供了全新理论工具，更开启了一扇精准调控半导体性能的新大门。
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近日，中国科学院合肥物质科学研究院等，发展了第一性原理驱动的多尺度模型框架，用于辐照半导体中深能级缺陷的多维度鉴定，解决了非平衡半导体缺陷原子起源及动力学演化的难题。
半导体器件在工艺加工和高能粒子辐照环境下，会产生非平衡态缺陷。此类缺陷相对于平衡态缺陷的识别极具挑战性，现有的表征技术如深能级瞬态谱（DLTS）只能探测光电信号，无法解析缺陷的原子起源，而传统的平衡态缺陷理论也难以处理非平衡缺陷的多维特性。
研究团队打破传统的单维度分析方法，构建了基于第一性原理的多尺度模型框架，突破了非平衡缺陷精准鉴定和DLTS准确模拟的瓶颈，实现了辐照半导体中深能级缺陷的多维度鉴定及其演化机理揭示。团队运用该方法鉴定了中子辐照硅中的深能级缺陷，验证了方法的可靠性。并鉴定了中子辐照第三代半导体4H-SiC中的深能级缺陷，解决了其原子起源的争议。团队同时发现，不同温度下的缺陷动力学行为不同，使缺陷类型会随着退火温度的变化而改变。
这一工作推动了半导体非平衡缺陷理论的发展，并为半导体材料和器件性能的调控提供了指导，有望应用于抗辐照电子器件和固态量子比特设计等领域。
相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
第一性原理驱动的辐照半导体深能级缺陷多维度鉴定的多尺度模型框架
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这个研究挺有意思的，解决了半导体缺陷鉴定的难题👍