被错误认知15年的半导体缺陷信号……韩国研究团队予以纠正[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 25 Oct.2026 12:00(KST)

韩国电气研究院查明SiC功率半导体缺陷发光波长为459纳米，而非424纳米
分析207片晶圆、10万余个缺陷……为修订国际标准提供依据

韩国研究团队发现，用于判定电动汽车和电力转换装置所用碳化硅（SiC）功率半导体缺陷的国际标准存在错误。此前约15年来被认为是某种特定缺陷特征的发光波长，与实际原子结构并不相符。研究团队通过直接比对缺陷发出的光与原子排列，确认准确波长并非原先的424纳米（10亿分之1米），而是459纳米。

韩国电气研究院称，首席研究员Na Moonkyung团队与忠南大学、HORIBA STEC Korea、SK Siltron等机构合作，建立了区分SiC功率半导体层错的新依据，并于23日公布了这一成果。

韩国电气研究院研究团队通过观测碳化硅（SiC）功率半导体的原子结构、进行光致发光（PL）测量和理论计算，分析了层错特性。研究团队确认，约15年来一直被认为发光波长为424纳米的“（4,1）弗兰克型层错”，实际发光波长为459纳米。研究团队供图

SiC功率半导体能够耐受高电压和高温，因此被应用于电动汽车和可再生能源设备等领域。然而，半导体晶体内部的原子层发生错位，形成层错时，可能会影响器件的性能和可靠性。

为在不破坏晶圆的情况下检测缺陷，业界采用光致发光（PL）检测，照射光线后分析其发出的波长。这种方法利用了不同缺陷会发出不同波长光线的特点。不过，不同缺陷可能发出相近波长的光，仅凭发光信号难以确定原子结构。

研究团队分析了从9家供应商提供的207片商用SiC晶圆中采集的104,439个层错数据。团队尤其关注弗兰克型层错中具有特定原子排列的“（4,1）缺陷”。自2010年前后起，这种缺陷一直被认为会发出波长为424纳米的光，该波长也被列入国际电工委员会标准“IEC 63068-3:2020”。

研究团队先通过光致发光检测确认缺陷位置，随后切割该部位，并使用原子分辨率电子显微镜进行观察。整个研究共分析了176个超薄样品；此次波长鉴定则调查了9个发出459纳米光线的缺陷，并利用其中6个缺陷的实际“（4,1）缺陷”原子结构得到确认这一结果。

韩国电气研究院研究团队对碳化硅（SiC）功率半导体中出现的多种层错的原子结构及电子、光学特性进行了比较分析。图示展示了不同类型的缺陷如何影响原子排列和发光波长。研究团队供图

利用超级计算机进行的三种理论计算，也支持发光波长在450纳米左右，而非此前认定的424纳米。计算预测的波长约为444至450纳米，室温下测得的实际发光波长则为459纳米。研究团队据此揭示了此前波长归属存在错误，并为重新审视国际标准提供了科学依据。

预计这项成果将有助于降低SiC晶圆检测中错误分类缺陷的可能性，并在制造过程中更准确地追查缺陷成因。不过，实际生产现场的检测标准是否需要调整，以及器件可靠性是否能够因此提高，仍需进一步验证。

研究成果发表于国际学术期刊《材料学报》（Acta Materialia）2026年第321卷。Na首席研究员因SiC缺陷分析研究成果获得认可，还荣获由日本测量仪器企业HORIBA主办的“2026 HORIBA Masao奖”特别提名奖（Honorable Mention）。

Na首席研究员表示：“这项成果的重大意义在于，我们通过将发光信号与实际原子结构直接关联，纠正了长期沿用的全球判定标准中的错误。今后，我们不仅要识别缺陷类型，还要查明缺陷为何产生、如何加以控制，从而提升韩国功率半导体产业的质量竞争力。”

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。