2025.11.07

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广东吉洋视觉专注AOI视觉检测设备 （半导体AOI；半导体键合检测；半导体键合AOI；半导体3D AOI；三代半导体AOI检测；半导体晶圆检测）

       在半导体研发过程中长期被视为“性能指针”的评估指标，近日被发现存在严重误差。​​​

       韩国蔚山科学技术院（UNIST）半导体材料与元件研究生院金正焕（Kim Jeong-hwan）教授与郑昌旭（Jung Chang-wook）教授团队于11月3日宣布，他们发现半导体器件的关键性能指标——“场效应迁移率（field-effect mobility）”的测量结果，可能因器件结构不同而被高估至实际值的 30倍。研究团队同时提出了一套新的半导体器件结构设计标准，以解决这一问题。

       电荷迁移率（charge mobility）是衡量电荷（电流）在半导体中移动速度与效率的重要指标。数值越高，器件运行越快、功耗越低，因此是高性能半导体芯片研发中至关重要的性能标志。

       研究显示，在氧化物薄膜晶体管（TFT）结构的半导体器件中，由于几何结构不同，迁移率测量值可能被高估超过30倍。

       研究团队指出，问题源于所谓的“边缘电流（fringe current）”——即电流通过电极侧边路径流动的现象。在常规薄膜晶体管中，电流通常从源极进入，经由主通道（channel）流动，再从漏极输出。然而，当通道宽度远大于电极宽度时，电流不仅会沿主通道流动，还会向外扩散，经由电极周围更宽的区域（侧边路径）流动。测量设备在统计性能时会将这些电流全部计入，从而导致迁移率结果被严重夸大。

       研究团队形象地比喻说：如果把迁移率比作“高速公路上汽车的平均速度”，那么“边缘电流”的存在就好比将那些在紧急车道上超速行驶的车辆也计入统计，从而让整体平均车速看起来远高于实际水平。

       为解决这一问题，团队提出了一套新的薄膜晶体管设计标准：通道宽度应设计得小于电极宽度；若无法避免，应确保电极宽度至少为器件总长度（L）的12倍，即满足 L/W ≤ 1/12 的设计准则。

       通过实验与仿真，他们验证了只要遵循该标准，边缘电流的影响几乎完全消除，测得的迁移率与实际迁移率之间的偏差不复存在，从而可以实现精准的性能测量。

       此外，研究团队还建议结合霍尔迁移率（Hall mobility）指标进行交叉验证。霍尔迁移率测量的是半导体薄膜材料本身的固有电学特性，而非成品器件，因此不受器件几何结构影响，可避免此类测量误差。

       金正焕教授指出：“如果器件性能测量存在误差，研究人员可能会错误地将性能被高估的材料视为下一代有潜力的技术，从而造成科研资源浪费，甚至阻碍整个半导体产业的客观发展。我们的研究意义在于提出了一个可在全球范围内统一适用的设计标准，以根治这一问题。”

       该研究成果已于10月21日发表在美国化学学会（ACS）旗下纳米科技期刊《ACS Nano》上。项目获得了韩国科学技术信息通信部、产业通商资源部及国家研究基金会的资助。

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