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東海大學應用物理學系-最新消息-研究-簡世森老師「多重介面之半導體的分析方法」獲專利

簡世森老師「多重介面之半導體的分析方法」獲專利

  • 單位 : 物理系
  • 分類 : 研究
  • 點閱 : 843
  • 日期 : 2019-04-09
簡世森老師


本系簡世森教授開發電模數頻譜技術 (electric modulus spectroscopy),改善了傳統阻抗頻譜技術(impedance spectroscopy)只能分析其中最主要的介面的缺點,可測量多介面半導體元件特性,於今年二月獲得一件中華民國發明專利: 多重介面之半導體的分析方法(專利號I649959)。

阻抗頻譜技術一直是研究半導體元件電子特性之利器。這些元件都會包含一些材料介面,用以控制電荷的行為,例如PN介面在發光二極體產生發光效果、太陽能電池產生發電效果。但是隨著半導體技術之發展,現在的半導體日益複雜,往往包含多個材料介面,它們對於元件表現都有重要的影響,所以都必須被觀察分析。通常一個半導體元件的各個介面有一特點,各介面的電阻值差異甚大,但電容差異較小。阻抗頻譜之特徵比較偏向電阻,因此常常只能觀察到其中電阻最高的介面,其他的介面因電阻太小,就很難被觀察或研究,因此限制了阻抗頻譜在半導體元件之應用。

為擴展阻抗頻譜技術在半導體元件之分析,本系簡世森教授採用另一個相關參數: 電模數(M),電模數與阻抗(Z)之間具有特定之關係(M=iwC0Z,其中w是測量之角頻率,C0是元件之幾何電容),因此測到阻抗頻譜就能經過計算得到電模數頻譜。電模數頻譜之特徵比較偏向電容,因此適合於觀察半導體元件中各個介面的特性。通常最主要之兩到三個介面的特性都能用電模量頻譜分析,克服阻抗頻譜技術之限制。

如下圖是一個三介面
(InGaP/InGaAs/Ge)之太陽能電池,其阻抗頻譜圖(左)只有一個半圓,對應其電阻最高之介面,但是其電模數頻譜圖(右)則有三個半圓,分別對應三個介面,因此提供分析些介面的機會。簡世森老師首次提出將電模數頻譜用於半導體元件介面之分析,因此獲得中華民國發明專利。