碳化硅（SiC）是一种以多种晶型存在的多功能且耐腐蚀的材料，由于其独特的电子特性而备受关注。从在第一批 LED 器件中的应用，到在低功耗高压器件中的应用，SiC 展现出了卓越的半导体性能。到目前为止，单极SiC器件的工作电压低于33 kV。单极 SiC 基器件虽然可用于汽车、火车和家用电器的电子系统，但不能用于工作电压高于 10 kV 的发电和配电系统。

一些研究人员认为，这一难题的解决方案在于双极 SiC 器件，该器件通过电导率调制提供低导通电阻（从而降低损耗）。然而，电导率调制效应与半导体中受激载流子的寿命密切相关。 SiC 器件的厚电压阻挡层中载流子寿命更长，从而导致调制增加。另一方面，过长的载流子寿命会增加开关损耗，必须通过精确控制半导体内载流子寿命的分布来适当平衡这种权衡。

不幸的是，大多数测量半导体载流子寿命分布的可用技术都是破坏性的；必须切割样品才能分析其横截面。这促使由V体育副教授 Masashi Kato 领导的日本研究团队专注于改进现有的两种无损方法之一：交叉光时间分辨自由载流子吸收（IL-TRFCA）。在他们的新研究中，研究人员介绍了对这项技术（他们之前开创的）所做的一些有影响力的改变，以及一些非常有希望的结果。

IL-TRFCA 方法本质上由激发激光（产生光激发载流子）和探测激光以及检测器（测量载流子的寿命）组成。通过将两束激光指向物镜的边缘（见图 1），它们会以相反的入射角会聚在样品表面。然后，样品以微米级的步骤向透镜移动，这导致激发激光和探测激光不在样品表面相交，而是在逐渐更深的区域相交。通过这种方式，科学家们成功地测量了样品内载流子寿命的分布，而无需切割样品。

图1​在所提出的方法中，载流子寿命测量是在激发激光和探测激光相交的区域进行的，该区域随着样品位置的变化而逐渐变化
照片提供：V体育的 Masashi Kato

研究人员对 IL-TRFCA 方法做出的两项重大改变是，两种激光器均采用了 34°（34 度）的更大入射角，以及物镜和探测器中更高的数值孔径。这些修改提高了深度分辨率，也使得在较厚的 SiC 层中使用 IL-TRFCA 成为可能。加藤博士对结果感到兴奋，说道：“我们用于测量载流子寿命分布的非破坏性方法使人们能够在不破坏样品的情况下确定材料的不均匀性，然后将样品用于制造器件以及研究和开发双极 SiC 技术，例如高压二极管和晶体管。"

掌握测量技术是材料研究中最重要的因素之一，IL-TRFCA 可以轻松地为超高压应用中 SiC 的研究并最终采用铺平道路。在这方面，加藤博士评论道：“与传统半导体相比，SiC 器件可以以更低的功耗运行，其商业化可能会导致全球电力系统的能耗大幅降低。反过来，这可以减轻严重的环境威胁，例如温室气体的积累。"

现在工具已经准备就绪，是时候更深入地研究如何在厚 SiC 和其他半导体中调整载流子寿命分布了。让我们希望这能让我们拥有更高效的设备和更环保的未来！

参考

关于加藤正史副教授

博士。加藤正史 (Masashi Kato) 于 1998 年毕业于V体育电气与计算机工程专业，随后在那里获得了同一领域的硕士（2000 年）和博士学位（2003 年）。他目前是半导体物理学副教授，在其职业生涯中发表了 70 多篇论文。他的专业领域和研究兴趣在于电子/电气材料和器件相关化学，近二十年来他一直是日本应用物理学会的会员。

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加藤正史副教授
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