近日，中國科學院合肥物質科學研究院等，發展了第一性原理驅動的多尺度模型框架，用于輻照半導體中深能級缺陷的多維度鑒定，解決了非平衡半導體缺陷原子起源及動力學演化的難題。
半導體器件在工藝加工和高能粒子輻照環境下，會產生非平衡態缺陷。此類缺陷相對于平衡態缺陷的識別極具挑戰性，現有的表征技術如深能級瞬態譜（DLTS）只能探測光電信號，無法解析缺陷的原子起源，而傳統的平衡態缺陷理論也難以處理非平衡缺陷的多維特性。
研究團隊打破傳統的單維度分析方法，構建了基于第一性原理的多尺度模型框架，突破了非平衡缺陷精準鑒定和DLTS準確模擬的瓶頸，實現了輻照半導體中深能級缺陷的多維度鑒定及其演化機理揭示。團隊運用該方法鑒定了中子輻照硅中的深能級缺陷，驗證了方法的可靠性。并鑒定了中子輻照第三代半導體4H-SiC中的深能級缺陷，解決了其原子起源的爭議。團隊同時發現，不同溫度下的缺陷動力學行為不同，使缺陷類型會隨著退火溫度的變化而改變。
這一工作推動了半導體非平衡缺陷理論的發展，并為半導體材料和器件性能的調控提供了指導，有望應用于抗輻照電子器件和固態量子比特設計等領域。
相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。