名古屋大学 当样品也处于机械载荷下时，光如何影响位错成核(产生)(晶面滑移)和位错运动的示意图
名古屋大学/达姆施塔特技术大学的研究合作已经发现了清晰的证据，证明半导体中位错的传播受到光的抑制
可能的原因是光激发的位错、电子和空穴之间的相互作用
信用:Atsutomo Nakamura 半导体材料在现代信息化社会中扮演着不可或缺的角色
为了半导体器件的可靠性能，这些材料需要具有优异的机械性能:它们必须既坚固又抗断裂，尽管它们富含纳米级结构
最近，越来越清楚的是，光学环境影响半导体材料的结构强度
这种效应可能比预期的要显著得多，尤其是在光敏半导体中，特别是由于技术限制或制造成本，许多半导体只能以非常小和薄的尺寸大量生产
此外，它们的强度的实验室测试通常在大样本上进行
鉴于最近出现的纳米应用的爆炸，所有这些都表明，迫切需要在受控照明条件和薄样品尺寸下重新评估半导体材料的强度
为此，日本名古屋大学中村笃教授的团队和博士
达姆施塔特技术大学的徐飞·方的团队开发了一种技术，用于定量研究光对半导体薄片或任何其他晶体材料的纳米级机械性能的影响
他们称之为“光诱导”方法
本质上，在受控条件下，当材料被光照射时，一个微小的尖头探针会在材料上压痕，并且可以测量探针在表面上压痕的深度和速率
探针在表面附近产生位错——晶面的滑移，研究人员使用透射电子显微镜观察了一定波长范围内的光对位错成核(新位错的birt h)和位错移动性(位错从它们产生的位置滑动或远离)的影响
首次分别测量了成核和迁移率，这是光诱导技术的创新之一
研究人员已经发现，虽然光对机械载荷下位错的产生有微弱的影响，但它对位错的运动有更强的影响
当错位发生时，它在能量上有利于扩展并与其他元素结合(成核)，缺陷变得更大
光的照射不会影响这一点:光在半导体中激发的电子和空穴(光激发载流子)不会影响位错的应变能，正是这种能量决定了位错的“线张力”，从而控制成核过程
另一方面，位错也可以以所谓的“滑动运动”运动，在此过程中，光激发载流子通过静电相互作用被位错拖动
光激发载流子对这种位错运动的影响要显著得多:如果产生足够多的载流子，材料就会变得更强
当在完全黑暗的环境中进行相同的实验，然后在波长与半导体带隙相匹配的光照下进行实验时，这种效应得到了显著的证明(这产生了更多的光激发载流子)
当锯齿状时，任何固体材料最初都会经历“塑性变形”——改变形状而不弹回，有点像油灰——直到负荷变得太大而破裂
名古屋大学的研究小组证明了无机半导体硫化锌(ZnS)在完全黑暗的情况下表现得有点像油灰，在剪切应变下变形高达45%，不会破裂或散开
然而，当以正确的波长照射时，它变得相当硬
在其他波长下，它变得不那么硬
新的发现表明，半导体材料中没有裂纹形成的纯塑性变形发生在纳米尺度
就机械性能而言，这些半导体类似于金属材料
这个新建立的、可靠的实验方案使得评估光对非常薄的非半导体材料强度的影响成为可能
中村教授指出:“一个特别重要的方面是，非半导体可以在表面附近表现出半导体特性，例如，由于氧化，并且由于变形或断裂的起点通常是表面，所以建立一种在纳米尺度上精确测量材料在受控光照条件下的强度的方法是非常重要的
" 光照射释放的电子空穴对对材料强度的强化效应——通过抑制位错的传播，特别是在表面附近——是材料强度科学范式转变的一部分
传统上，当考虑材料的强度时，原子排列是最小的单位
换句话说，有一个前提，材料的强度可以从原子排列和弹性理论来理解
然而，最近的研究报告表明，材料的强度特性由于外部影响如光和电场而发生显著变化
因此，中村教授指出，“越来越多的人认为，材料强度理论必须加入其他观点，包括比原子小的电子和空穴的运动
" “这项研究再次证实了量子水平对这种材料强度的影响
在这方面，可以说这项研究在目前正在发生的材料强度领域的范式转变中达到了一个里程碑
" 医生
徐飞·方补充道:“现在，真正的纳米级器件的制造正在成为现实，光对各种无机半导体结构强度的影响是一个需要考虑的问题
"
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