盖世汽车讯 据外媒报道，桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）和奥本大学（Auburn University）的研究人员开发出新方法，可以更精确地检测电子材料中的原子级缺陷。这项进展有望改进从电动汽车到高功率电子产品等多种技术。该研究发表于期刊《Journal of Applied Physics》，解决了长期以来在探究半导体与绝缘层临界边发生的现象方面存在的挑战。

图片来源：期刊《Journal of Applied Physics》

在这个界面处，微观缺陷会捕获电荷并悄无声息地降低器件性能，即使器件表面上看起来运行正常。这些缺陷会限制效率、增加电损耗，并降低先进半导体器件的性能。

科学家通常通过比较器件对慢速和快速电信号的响应来研究这些缺陷。然而，这项技术依赖于对器件的关键属性——绝缘体电容——的高精度测量。即使是微小的误差也会导致误导性的结果，有时甚至会使缺陷看起来比实际存在的要多得多。

这个问题就像调收音机一样。如果频率稍有偏差，声音就会失真；如果偏差过大，就只能听到噪声。只有在正确的设置下，信号才能清晰地传输出来。在这些测量中，研究人员实际上是在尝试“聆听”缺陷，预设的电容值就相当于调谐旋钮。然而，与能够轻松识别清晰广播的收音机听众不同，研究人员本身并不知道真正的缺陷信号应该是什么样子。如果这个调谐参数没有精确设置，那么得到的数据就不可信。

研究人员没有依赖估算，而是开发出基于物理学的框架，通过强制执行基本的静电约束来自动识别正确的器件状态。简单来说，根据物理定律，器件内部的所有电压必须保持一致地叠加。通过强制执行这一条件，该方法消除了猜测，使研究人员能够精确测量以前技术无法测量的区域（尤其是在半导体能带边缘附近）的缺陷，因为这些区域的缺陷对器件性能的影响最大。

桑迪亚国家实验室高级技术人员、该研究的主要作者Brian D. Rummel表示：“这项研究解决了半导体界面研究中最常用技术之一的根本性局限。通过引入物理上一致的框架，我们现在可以提取出以前因测量不确定性而被掩盖的信息。”

这项研究进展对于广泛应用于高效、高功率电子产品中的碳化硅和氮化镓等半导体材料尤为重要。这些材料是电动汽车、可再生能源系统和先进功率转换器件等技术的核心，但它们的性能常常受到材料界面缺陷的限制。通过提供更精确的缺陷测量方法，这种新方法使研究人员能够更清晰地了解器件内部发生的情况以及如何改进器件。

奥本大学物理学教授、该研究的合著者Sarit Dhar表示：“全新的分析框架将帮助研究人员更精确地测量晶体管材料中的缺陷。我们很高兴在未来的工作中应用这种方法来测量各种具有技术意义和探索性的界面。”

桑迪亚国家实验室半导体材料与器件物理组高级科学家兼组长Robert J. Kaplar表示：“半导体界面缺陷在决定功率电子器件的性能和可靠性方面起着至关重要的作用。更精确的表征工具能够帮助我们更好地了解这些材料，并最终改进下一代电子技术。”

从本质上讲，这项工作通过确保测量方法与基本物理原理完全吻合，从而对一种广泛应用的半导体测量技术进行了改良与提升。如同将收音机调到正确的频率一样，该框架帮助研究人员从噪声中分离出有意义的信号，并更清晰地了解影响器件性能的微观缺陷。随着市场对速度更快、效率更高、可靠性更强的电子产品的需求日益增长，此类进展有望指导下一代半导体技术的发展。