影响半导体性能的因素有很多，电荷在半导体器件中传播的速度也是其中之一，因此商业用途中提高半导体的电荷迁移率仍然是一个挑战。 然而，韩国原子能研究所最近利用粒子束解决这一问题引发人们的关注。

照片 1. 韩国原子能研究所的 Jun-gyu Park 博士团队开发了一种利用粒子束提高半导体性能的技术。

韩国原子能研究院质子科学研究中心10日宣布，已成功开发出一种通过将氮粒子束注入硅基板上的商用半导体来大幅提高电荷迁移率的技术 。

粒子束利用研究部的Jun-gyu Park博士团队重点研究了当半导体材料从两侧拉伸或凸形弯曲时电荷迁移率增加的原理。 此前，很难对缺乏柔韧性的硅基板施加人工力， 但研究小组开发了一种通过注入粒子束来使氧化硅绝缘膜(SiO 2 )膨胀的方法。将氮粒子束注入半导体器件中电流必须流过的氧化锌(ZnO)半导体薄膜下方掺杂的氧化硅绝缘膜中， 导致绝缘膜膨胀并拉动上方的半导体薄膜。

实验结果确认， 注入粒子束的氧化硅绝缘膜 膨胀1.18% ，对半导体薄膜产生拉力，电荷迁移率比之前提高了 2.5倍一。

此外， 研究小组使用的半导体薄膜中的氧化锌具有随着氧缺陷的发生而电荷密度增加的特性， 当粒子束穿过氧化锌薄膜时，会产生额外的氧缺陷，从而增加了电荷密度。与之前相比，电荷密度已确认上升至 6倍。换句话说， 粒子束注入提高了半导体器件中的电荷移动速度(迁移率↑ )，并额外产生更多电荷(密度↑ )，从而显着提高了半导体性能。

照片 2. 参与利用粒子束改善半导体性能研究的主要研究人员

(左起) 韩国原子能研究所粒子束利用研究部研究生Junhyeok Seo 、 博士后实习生Kiwan Ki (第一作者)、 高级研究员Jaekwon Seok 、 高级研究员Jungyu Park (通讯作者)、 高级研究员Yumi Kim 、 高级研究员Junmok哈， 还有高级技师Inmok Yang。

研究小组证实，这种使用粒子束的技术可以在用作通用半导体器件基板的氧化铝(Al 2 O 3 )绝缘膜上重现。 此外，还进行了计算机模拟研究，以获得详细的粒子束注入条件和约束，以提高半导体性能，从而提高该技术的可用性。

该技术预计将立即应用于使用薄膜晶体管形式的半导体器件的显示器和太阳能电池行业，还有望为高效光电转换器件的开发做出贡献。

这项研究是在国家科学技术研究委员会创意融合研究项目的支持下，与韩国基础科学研究所和 大邱庆北科学技术院联合进行的， 研究成果发表在《Advanced材料科学领域国际知名期刊《Functional Materials》《Advanced Function Materials，IF=于发表》。

该研究所质子科学研究中心主任 Lee Jae-sang 表示：“这项研究是利用辐射技术克服提高半导体性能障碍的一个例子，”并补充道， “我们将利用该研究所的核心设施来帮助突破国家战略产业的技术限制。”