Корейские ученые разработали метод обнаружения скрытых дефектов в полупроводниках с рекордной чувствительностью
Корейские исследователи разработали новый метод анализа, способный обнаруживать «скрытые дефекты» в полупроводниках с чувствительностью примерно в 1000 раз выше, чем у существующих методик. Эти дефекты, известные как электронные ловушки, представляют собой невидимые неоднородности, которые могут нарушать поток электрического тока в материалах, используемых в устройствах, таких как микросхемы памяти и солнечные элементы.
По информации ученых из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST), точное определение источников этих дефектов позволяет инженерам лучше понять причины снижения производительности устройств. Эта технология может повысить эффективность и срок службы полупроводников, а также сократить время и затраты на разработку за счет более точного анализа дефектов на этапах проектирования и тестирования.
Полупроводники являются важнейшими материалами для устройств, но внутри них могут существовать невидимые изъяны, которые захватывают электроны и блокируют их движение, препятствуя свободному протеканию электричества. Это приводит к токам утечки, снижению эффективности и общей производительности устройств. Новый измерительный метод позволяет одновременно анализировать два критических фактора: электронные ловушки, блокирующие ток, и движение носителей заряда через полупроводник. Такой комплексный подход дает исследователям лучшее понимание влияния дефектов на электрический транспорт внутри материала.
Точное измерение количества ловушек и силы их захвата электронов позволяет более точно оценивать качество полупроводников. Ученые заявляют, что этот подход может привести к созданию более производительных и долговечных полупроводниковых устройств. В основе метода лежат измерения Холла — хорошо зарекомендовавший себя способ изучения движения электронов в полупроводниках под действием электрических и магнитных полей. Исследователи модифицировали его, введя контролируемое освещение и изменение температуры в процессе измерений. Это позволило наблюдать электрическое поведение, которое невозможно зафиксировать обычными измерениями Холла.
При воздействии слабого света вновь созданные электроны сначала поглощались электронными ловушками внутри материала. По мере ступенчатого увеличения интенсивности света эти ловушки постепенно заполнялись. После их насыщения дополнительные электроны могли свободно перемещаться через полупроводник. Внимательно отслеживая изменения электрических сигналов в течение этого перехода, команда смогла рассчитать как количество присутствующих электронных ловушек, так и силу их взаимодействия с электронами.
Ключевым преимуществом метода является его способность предоставлять несколько критически важных параметров из одного эксперимента. Он дает данные о подвижности, времени жизни и длине пробега электронов, а также раскрывает свойства дефектов, мешающих потоку электронов. Для подтверждения точности метода команда сначала протестировала его на кремнии, а затем применила к перовскитным материалам, используемым в солнечных элементах нового поколения. В обоих случаях метод обнаруживал чрезвычайно низкие концентрации электронных ловушек, демонстрируя чувствительность примерно в 1000 раз выше, чем у существующих аналогов. Разработка, как ожидается, станет важным инструментом для повышения производительности и надежности широкого спектра полупроводниковых устройств.
Детали исследования команды были в журнале Science Advances.