检测晶体管缺陷的灵敏方法
研究人员设计并测试了一种检测和计数晶体管缺陷的高灵敏度方法——这是半导体行业在为下一代设备开发新材料时迫切关注的问题。这些缺陷限制了晶体管和电路的性能，并可能影响产品的可靠性。
对于大多数用途，典型的晶体管基本上是一个开关。当它打开时，电流从半导体的一侧流向另一侧；关闭它会停止电流。这些动作分别创建了数字信息的二进制 1 和 0。
晶体管性能主要取决于指定量的电流流动的可靠性。晶体管材料中的缺陷，例如不需要的“杂质”区域或化学键断裂，会中断流动并使其不稳定。这些缺陷会在设备运行时立即或随着时间的推移而显现出来。
多年来，科学家们已经找到了许多方法来对这些影响进行分类和最小化。但随着晶体管尺寸变得几乎无法想象并且开关速度非常高，缺陷变得更难识别。对于一些正在开发中的有前途的半导体材料——例如碳化硅 (SiC) 而不是单独的硅 (Si) 用于新型高能、高温器件——一直没有简单直接的方法来详细表征缺陷。
新方法适用于传统的硅和碳化硅，使研究人员不仅可以识别缺陷的类型，还可以通过直流测量确定给定空间中缺陷的数量。该研究的重点是晶体管中两种电荷载流子之间的相互作用：带负电的电子和带正电的“空穴”，它们是局部原子结构中缺少电子的空间。
当晶体管正常工作时，特定的电子电流会沿着所需的路径流动。如果电流遇到缺陷，电子会被捕获或置换，然后可以与空穴结合，在称为复合的过程中形成电中性区域。每次重组都会从电流中移除一个电子。多个缺陷会导致电流损失，从而导致故障。目标是确定缺陷在哪里、它们的具体影响以及——理想情况下——它们的数量。
在这项新工作中，研究人员专注于一个通常只有十亿分之一米厚和百万分之一米长的区域：薄氧化物层和体半导体本体之间的边界或通道。为了专注于通道中的活动，研究人员使用了一种称为双极放大效应 (BAE) 的技术，该技术是通过将施加到源极、栅极和漏极的偏置电压安排在特定配置中来实现的。
在团队开发模型之前，BAE 运作的确切机制是未知的。在 BAE 模型之前，该方案被严格用作施加电压和控制电流以进行 EDMR 测量的资源，这对于更定性的缺陷识别很有用。新模型使 BAE 能够作为一种工具来定量测量缺陷数量，并且仅使用电流和电压即可。
研究人员在一组关于金属氧化物半导体晶体管的概念验证实验中测试了该模型，使定量测量成为可能。该技术可以提供对不稳定晶体管缺陷存在的洞察，并提供对其形成的机械理解的途径。有了这些知识，就有更多的机会来控制和减少它们，以提高晶体管的性能和可靠性。
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