【儀表網(wǎng) 產(chǎn)品快訊】 近日，浙江大學(xué)陸赟豪教授課題組聯(lián)合硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士、馬向陽教授團(tuán)隊(duì)在《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters 137, 146101 (2026))發(fā)表研究，首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)：高濃度空穴摻雜是硅壓力誘導(dǎo)相變路徑的關(guān)鍵調(diào)控因素。研究發(fā)現(xiàn)，空穴會優(yōu)先局域在卸載過程中形成的三配位硅原子周圍，動態(tài)穩(wěn)定這些畸變結(jié)構(gòu)，從而不可逆地破壞長程有序，顯著促進(jìn)硅的非晶化。該成果將空穴從傳統(tǒng)意義上的“電荷載流子”提升為高壓下共價(jià)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的“主動介導(dǎo)者”。
 

　　微米壓痕+微拉曼：統(tǒng)計(jì)30個(gè)壓痕，看到空穴效應(yīng)
 

　　研究團(tuán)隊(duì)采用更貼近工業(yè)晶圓切片、研磨、拋光等接觸載荷場景的微米壓痕，結(jié)合微拉曼光譜，對多種摻雜硅樣品各統(tǒng)計(jì)30個(gè)壓痕，定義非晶化概率Pα−SiPα−Si。結(jié)果顯示，重硼摻雜硅的非晶化概率約60%，而輕硼摻雜硅僅約20%。
 

　　為排除硼摻雜引起的宏觀晶格拉伸應(yīng)變影響，團(tuán)隊(duì)制備了B/Ge共摻樣品。Ge共價(jià)半徑較大，可補(bǔ)償B引入的拉伸應(yīng)變，但非晶化概率仍保持在約60%。這表明，促進(jìn)非晶化的主導(dǎo)因素并非宏觀應(yīng)變，而是空穴濃度。
 

　　進(jìn)一步，B/P共摻補(bǔ)償空穴后，非晶化概率降至約33%和30%；n型重磷摻雜硅非晶化概率最低，僅約23%。高電子摻雜并未促進(jìn)非晶化，說明高濃度空穴才是關(guān)鍵。
 

　　機(jī)器學(xué)習(xí)勢模擬：空穴如何“鎖住”三配位硅
 

　　為揭示原子機(jī)制，團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)原子間勢開展分子動力學(xué)模擬，達(dá)到密度泛函理論級精度。模擬顯示，隨著空穴濃度增加，非晶硅原子分?jǐn)?shù)與三配位(CN=3)硅原子數(shù)量同步上升?？昭▋?yōu)先局域在CN=3硅原子周圍，使其費(fèi)米能級附近態(tài)密度展寬；電子缺失原子也從四配位為主轉(zhuǎn)為三配位為主。
 

　　在100皮秒等壓模擬中，無空穴時(shí)，追蹤硅原子的配位數(shù)在CN=3與CN=4之間可逆波動；而在0.1%空穴體系中，配位數(shù)從4到3發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，鍵長差穩(wěn)定在較大值，序參量分布從約0.05移至0.45。這提供了直接的原子級動力學(xué)證據(jù)：空穴動態(tài)穩(wěn)定三配位硅原子，推動長程有序不可逆坍塌，最終促進(jìn)非晶化。
 

　　跨材料驗(yàn)證：Ge、SiC同樣觀察到，GaAs呈較弱一致趨勢
 

　　除硅外，團(tuán)隊(duì)還在鍺(Ge)和碳化硅(SiC)中觀察到空穴促進(jìn)非晶化的現(xiàn)象；在砷化鎵(GaAs)中，趨勢較弱但一致。由于Ge與Si共享金剛石立方結(jié)構(gòu)和類似高壓相變路徑，相關(guān)機(jī)制可能具有借鑒意義；SiC和GaAs結(jié)構(gòu)及相變動力學(xué)差異較大，具體原子機(jī)制可能有所不同。
 

　　意義：為半導(dǎo)體高壓行為與晶圓加工提供新視角
 

　　該研究建立了空穴濃度與壓力誘導(dǎo)相變路徑之間的直接聯(lián)系，揭示了空穴在共價(jià)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)動力學(xué)中的隱藏角色。對于晶圓切片、研磨、拋光等涉及高壓接觸加載的工業(yè)過程，摻雜工程或?yàn)檎{(diào)控相變與加工損傷提供新思路。同時(shí)，這項(xiàng)工作也拓展了人們對半導(dǎo)體中電子與結(jié)構(gòu)相互作用的傳統(tǒng)認(rèn)知。
 

　　該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金的支持。物理學(xué)院鐘淑琳博士、石銳研究員為論文的共同第一作者。馬向陽教授、陸赟豪教授和楊德仁院士為論文的共同通訊作者。上海高壓科學(xué)與技術(shù)高等研究中心的曾徵丹研究員和寧波東方理工大學(xué)的張春一研究員參與了該項(xiàng)研究。
 

　　引用：PRL | 凝聚態(tài)物理研究所：空穴不只是載流子——半導(dǎo)體壓力相變新機(jī)制-北京大學(xué)【引用時(shí)間：2026年10月3日】