近年来，技术的进步使我们能够以非常高的空间分辨率探测半导体材料和器件中的单个缺陷，特别是高分辨率电子显微镜现在可以提供有关结构缺陷的详细信息。然而，对于与实际器件中缺陷作用相关的一些关键问题，仍然很难提供明确的答案。例如，(i) 具体某个缺陷会如何影响器件性能？(ii) 它的影响如何取决于器件的不同工作条件？(iii) 不同缺陷的影响有何不同？这一现状的主要原因是因为大多数缺陷研究通常是在“并行模式”下进行的，如图1所示，其中半导体晶片被分成多个部分，分别用于光学和结构表征、以及器件制造和评估。这种方法的主要局限是，通过结构表征技术研究的缺陷与影响器件性能的缺陷不是同一个或同样的缺陷，或者缺陷表征不是在器件的工作条件下进行。此外，在器件工作条件下表征单个缺陷通常极具挑战性甚至是不可能的。

图1. 平行模式的缺陷表征晶圆被切割成碎片单独研究。所使用的示例仅用于演示目的。它们不一定来自同一晶圆。

最近，北卡罗来纳大学夏洛特分校张勇教授和亚利桑那州立大学David Smith教授开发了一种更全面、更有效的缺陷研究方法，即“串联模式”，如图 2 所示。他们在单个缺陷水平上，在不同器件工作状态下，顺序地使用一系列空间分辨的光学、电学和结构表征技术于制成的器件中发现的同一单个缺陷。这种更有效的“串联模式”可以明确回答上述提到关键问题。在这篇综述论文中，以GaAs 太阳能电池为例，通过比较在不同光照密度下几种不同位错缺陷对GaAs 太阳能电池的影响和对应的缺陷结构，作者详细描述了如何实施这种方法和得到的主要结果。此外，作者还介绍了一种在器件工作状态下的3-D 拉曼测温方法，该方法可用于研究缺陷在大功率电子和光电器件中的行为以及器件退化或损坏机制。

该文章以题为“Comprehensive, in operando, and correlative investigation of defects and their impact on device performance”发表在Journal of Semiconductors上。

图2. 缺陷研究的串联模式。所使用的示例仅用于演示目的，它们不一定是从同一设备获得的。

Comprehensive, in operando, and correlative investigation of defects and their impact on device performance

Yong Zhang, David J. Smith

J. Semicond. 2022, 43(4): 041102

doi: 10.1088/1674-4926/43/4/041102

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/4/041102

来源：半导体学报2022年第4期—半导体材料与器件的原位表征专题