影響半導體性能的因素有很多，電荷在半導體器件中傳播的速度也是其中之一，因此商業(yè)用途中提高半導體的電荷遷移率仍然是一個挑戰(zhàn)。 然而，韓國原子能研究所最近利用粒子束解決這一問題引發(fā)人們的關(guān)注。

照片 1. 韓國原子能研究所的 Jun-gyu Park 博士團隊開發(fā)了一種利用粒子束提高半導體性能的技術(shù)。

韓國原子能研究院質(zhì)子科學研究中心10日宣布，已成功開發(fā)出一種通過將氮粒子束注入硅基板上的商用半導體來大幅提高電荷遷移率的技術(shù) 。

粒子束利用研究部的Jun-gyu Park博士團隊重點研究了當半導體材料從兩側(cè)拉伸或凸形彎曲時電荷遷移率增加的原理。 此前，很難對缺乏柔韌性的硅基板施加人工力， 但研究小組開發(fā)了一種通過注入粒子束來使氧化硅絕緣膜(SiO 2 )膨脹的方法。將氮粒子束注入半導體器件中電流必須流過的氧化鋅(ZnO)半導體薄膜下方摻雜的氧化硅絕緣膜中， 導致絕緣膜膨脹并拉動上方的半導體薄膜。

實驗結(jié)果確認， 注入粒子束的氧化硅絕緣膜 膨脹1.18% ，對半導體薄膜產(chǎn)生拉力，電荷遷移率比之前提高了 2.5倍一。

此外， 研究小組使用的半導體薄膜中的氧化鋅具有隨著氧缺陷的發(fā)生而電荷密度增加的特性， 當粒子束穿過氧化鋅薄膜時，會產(chǎn)生額外的氧缺陷，從而增加了電荷密度。與之前相比，電荷密度已確認上升至 6倍。換句話說， 粒子束注入提高了半導體器件中的電荷移動速度(遷移率↑ )，并額外產(chǎn)生更多電荷(密度↑ )，從而顯著提高了半導體性能。

照片 2. 參與利用粒子束改善半導體性能研究的主要研究人員

(左起) 韓國原子能研究所粒子束利用研究部研究生Junhyeok Seo 、 博士后實習生Kiwan Ki (第一作者)、 高級研究員Jaekwon Seok 、 高級研究員Jungyu Park (通訊作者)、 高級研究員Yumi Kim 、 高級研究員Junmok哈， 還有高級技師Inmok Yang。

研究小組證實，這種使用粒子束的技術(shù)可以在用作通用半導體器件基板的氧化鋁(Al 2 O 3 )絕緣膜上重現(xiàn)。 此外，還進行了計算機模擬研究，以獲得詳細的粒子束注入條件和約束，以提高半導體性能，從而提高該技術(shù)的可用性。

該技術(shù)預計將立即應用于使用薄膜晶體管形式的半導體器件的顯示器和太陽能電池行業(yè)，還有望為高效光電轉(zhuǎn)換器件的開發(fā)做出貢獻。

這項研究是在國家科學技術(shù)研究委員會創(chuàng)意融合研究項目的支持下，與韓國基礎科學研究所和 大邱慶北科學技術(shù)院聯(lián)合進行的， 研究成果發(fā)表在《Advanced材料科學領(lǐng)域國際知名期刊《Functional Materials》《Advanced Function Materials，IF=于發(fā)表》。

該研究所質(zhì)子科學研究中心主任 Lee Jae-sang 表示：“這項研究是利用輻射技術(shù)克服提高半導體性能障礙的一個例子，”并補充道， “我們將利用該研究所的核心設施來幫助突破國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的技術(shù)限制。”