簡世森老師「多重介面之半導體的分析方法」獲專利

• 日期 : 2019-04-09
• 分類 : 研究
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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。