先进检测技术以极高灵敏度定位晶体管缺陷
研究人员设计并测试了一种高灵敏度方法，用于检测和计数晶体管缺陷——这对开发下一代器件新材料的半导体行业属迫切需求。这些缺陷限制晶体管和电路性能，影响产品可靠性。
典型晶体管在大多数用途中基本是开关。导通时电流从半导体一侧流向另一侧；关断停止电流。这两种动作分别产生数字信息的二进制1和0。
晶体管性能关键取决于指定电流流动的可靠性。晶体管材料缺陷，如不需要的“杂质”区域或断裂化学键，会中断和破坏电流稳定性。这些缺陷可能即时显现，或在器件运行过程中随时间显现。
多年来，科学家找到多种分类和最小化这些影响的方法。但随着晶体管尺寸变得极小、开关速度极高，缺陷更难识别。对于一些有前景的开发中半导体材料——如碳化硅（SiC）替代单纯硅（Si）用于新型高能、高温器件——一直没有简单直接的方法详细表征缺陷。
新方法适用于传统Si和SiC，允许研究人员通过直流测量不仅识别缺陷类型，还能确定给定空间内缺陷数量。研究聚焦于晶体管中两种电荷载流子的相互作用：负电子和正“空穴”（局部原子结构中缺失电子的空位）。
晶体管正常工作时，特定电子电流沿预期路径流动。若电流遇到缺陷，电子被捕获或位移，随后与空穴复合形成电中性区域，这一过程称为复合。每次复合从电流中移除一个电子。多个缺陷导致电流损耗引起故障。目标是确定缺陷位置、具体影响、理想情况下的缺陷数量。
新工作中，研究人员聚焦通常仅约1纳米厚、1微米长的一个区域：薄氧化层与体半导体之间的边界（沟道）。为专门关注沟道活动，研究人员使用双极放大效应（BAE），通过特定配置施加给源极、栅极、漏极的偏置电压实现。
BAE的确切工作机制在团队开发模型前未知。BAE模型前，该方案严格用作施加电压和控制电流以进行EDMR测量的资源，用于更定性的缺陷识别。新模型使BAE成为定量测量缺陷数量的工具，仅需电流和电压。
该模型在金属氧化物半导体晶体管概念验证实验中测试，使定量测量成为可能。该技术可洞察破坏稳定性的晶体管缺陷，并为理解其形成机制提供路径。有了此类知识，控制和减少缺陷以提升晶体管性能和可靠性的机会将更大。
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